CENTRO DE DESARROLLO PROFESIONAL
CURSO DE
INSPECTOR DE SOLDADURA
ALGUNAS CONSIDERACIONES IMPORTANTES PARA
APROVECHAR CON EFICIENCIA ESTE CURSO
• ASISTE PUNTUALMENTE
El curso en conjunto se integra encada sesión por fases, si omites alguna será
dificil entender ese conjunto.
• TOMA NOTAS DURANTE EL CURSO
Ningún manual ni referencia bibliográfica sustituyen las anotaciones
personales. Anota esos aspectos interesantes, a que después te serán de gran
utilidad.
• SI ALGO NO ESTA CLARO ; PREGUNTA ;
El instructor está en la mejor disposición de responder a tus preguntas.
; SOLO UNA PERSONA ACTIVA PREGUNTA !
• INTEGRATE AL GRUPO DE CAPACITACION
Permítenos contagiarte por el entusiasmo de nuestros compañeros
• MANTENTE ACTIVO DURANTE EL CURSO
El instructor expone teoría, sistemas generales y su aplicación práctica; las
preguntas, objeciones y situaciones que tú planteas enriquecerán el curso y
ayudarán a tus compañeros.
INDICE GENERAL
CAPÍTULO 1
EL INSPECTOR DE SOLDADURA Y SUS
RESPONSABILIDADES
CAPÍTULO II
INTRODUCCIÓN A LA METALURGIA DE LA
SOLDADURA
CAPÍTULO III
INTRODUCCIÓN A LOS PROCESOS DE SOLDADURA
CAPÍTULO IV
LAS DISCONTINUIDADES EN LA SOLDADURA
CAPÍTULO V
CÓDIGOS, NORMAS Y ESPECIFICACIONES
CAPÍTULO VI
CALIFICACIÓN DE PROCEDIMIENTOS DE
SOLDADURA Y SOLDADORES
CAPÍTULO VII
ENSAYOS DESTRUCTIVOS
CAPÍTULO VIII
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS
CAPÍTULO IX
SÍMBOLOS DE SOLDADURA, DE ENSAYOS NO
DESTRUCTIVOS Y JUNTAS
CAPÍTULO X
CONTROL DE MATERIALES
CAPITULO XI
INSPECCIÓN DE SOLDADURAS
• PARTICIPA ACTIVAMENTE EN LAS DISCUSIONES Y
DINAMICAS DE GRUPO
La única razón de ser de estas actividades, es conocer tu aportación e
intercambiar experiencias. Si las exposiciones tienden a ser generales, tus
comentarios y las dinámicas permitirán llegar a detalles concretos.
• NO ESPERES TODO DE LOS INSTRUCTORES
La exposición del instructor es sólo el principio de tu reflexión y análisis
personal.
• SÉ CONSCIENTE DE LAS LIMITACIONES DEL CURSO
La capacitación en ocasiones adolece de limitaciones. Dentro del desarrollo del
evento fácilmente se entiende a obsesionarse por detalles negativos.
RECUERDA QUE:
Un esfuerzo común nos une y estamos comprometidos a agotar todo para lograr la
perfección. Aprovechemos el tiempo a pesar de las deficiencias.
En este manual encontrarás la información más adecuada , por lo que será
complemento útil e importante en el curso.
¡CONSÉRVALO PARA TUS CONSULTAS POSTERIORES!
PRÓLOGO
Este manual forma parte del material de apoyo en el Curso de Inspección de
Soldadura que el Centro de Desarrollo Profesional ha preparado para el personal
encargado de la optimización en los productos soldados v la evaluación de su
calidad final y con relación a ciertas especificaciones.
El curso está diseñado atendiendo a los requisitos y criterios que la Sociedad
Americana de Soldadura (American Welding Society, AWS ) establece en sus
normas para la Capacitación, Calificación y Certificación de Inspectores de
Soldadura (AWS QC2-93).
También se tomaron aspectos tales como: las necesidades de inspección, control
v aseguramiento de calidad de los productos, equipos, estructuras e instalaciones
soldadas que más frecuentemente se construyen en el país.
En relación a las necesidades de inspección, control y aseguramiento de calidad,
se puede decir que las normas aplicables nacionales y extranjeras, establecen
requisitos rigurosos e indican que estas actividades deben ser realizadas por
personal debidamente capacitado, calificado y algunas veces, certificado. Y es en
este sentido, en el que denota una carencia de personal técnico que pueda realizar
satisfactoriamente la inspección de estos productos; carencia que se hace más
evidente al no existir la literatura correspondiente publicada en español, ni
suficientes instituciones que impartan este tipo de capacitación.
Una de las metas de este curso, es ayudar a subsanar esta carencia mediante la
preparación de este manual y sesiones de capacitación en los que se estudian con
detenimiento ejemplos y situaciones similares a las que existen en los talleres,
analizándolos desde el punto de vista de la normativa extranjera y desde la
perspectiva de la industria del país y las Normas Oficiales Mexicanas.
1
APÉNDICE 1
DEFINICIÓN DE ALGUNOS TERMINOS DE SOLDADURA
RELACION DE ABREVIATURAS EMPLEADOS EN EL CURSO
COALESCENCIA.-
Crecimiento conjunto del cuerpo de los materiales que
están siendo soldados.
CORDÓN .- Depósito de soldadura resultante
electrodo.
de un paso del
GARGANTA REAL.- La distancia más corta desde la raíz de una soldadura
hasta su cara.
GARGANTA TEÓRICA.- Distancia perpendicular a la hipotenusa del mayor
triángulo rectángulo que se puede inscribir en la
sección de un cordón de soldadura. medida desde su
raíz.
SOLDABILIDAD.- Capacidad de un metal para ser soldado bajo las
condiciones de fabricación impuestos para una
estructura diseñada especifica adecuadamente con el
servicio a que está destinada.
II
RELACIÓN DE ABREVIATURAS EMPLEADAS EN EL
CURSO
1. ANSI: Instituto Nacional Americano de Normas (American National
Standars Institute)
. API: Instituto Americano del Petróleo (American Petroleum Institute
3. ASN/IE: Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos (American Societv o
N,lechanical Engineers)
4. ASNT: Sociedad Americana de Ensayos No Destructivos ( American
Society for Non-Destructive Testing)
5. ASTM: Sociedad Americana para Pruebas Materiales (American Society
for Testing and Materials)
6. CA\V:
Soldadura de Arco con Electrodo de Carbón (Carbon Arc Welding )
7. FCAW: Soldadura por arco con electrodo continuo con núcleo de fundente
(Fluxed Cored Are Welding)
8. GMAW: Soldadura por Arco con Alambre continuo Protegido con gas (Gas
Metal Are Welding)
9. GTAW: Soldadura por Arco con electrodo de Tungsteno Protegido con Gas
(Gas Tungsten Are Welding)
1O.NOM: Norma Oficial Mexicana
1 1.OAW : Soldadura Oxiacetilénica (Oxyacetylene Welding)
12.OF\ñ-: Soldadura con Gas Oxi-combustible (Oxvfuel Gas Weldin(-Y)
13.PAWV: Soldadura por Arco Plasma (Plasma Arc Welding)
111
CAPITULO I
P AG Ii
INTRODUCCIÓN
A- 2
1.1
DEFINICIÓN
A-v -
1.2
CARACTERÍSTICAS Y CALIFICACIONES
DEL INSPECTOR DE SOLDADURA
.-\ -
1.2.1 CONDICIÓN FÍSICA
A-3
1.2.2 AGUDEZA VISUAL
A-3
1 .22.23 ACTITUD PROFESIONAL
:A - 4
1.2.4 CONOCIMIENTO SOBRE SOLDADURA
A-4
1.2.5 CONOCIMIENTOS SOBRE DIBUJOS,
ESPECIFICACIONES Y PROCEDIMIENTOS
A-4
1 2.6 CONOCIMIENTO DE MÉTODOS DE PRUEBA
A -4
1.2.7 REGISTROS E INFORMES
A-5
1.2.8 EXPERIENCIA EN SOLDADURA
A-
1 .2.9 EDUCACIÓN Y ENTRENAMIENTO
A-5
1.2.10 EXPERIENCIA DEL INSPECTOR
A-
1.2.1 1 CÓDIGO DE ÉTICA
A-6
1 .22.12 COMUNICACIÓN
A-8
1.3
RESPONSABILIDAD DEL INSPECTOR DE
SOLDADURA A - 1 1
14.SAW : Soldadura por Arco sumergido ( Submerged Arc Welding)
1 5.SMAW: Soldadura por Arco con Electrodo Metálico Recubierto (Shielded
Metal Arc Welding)
16.SW: Soldadura de Pernos por Arco eléctrico (Stud Welding)
17.AWS: Sociedad Americana de Soldadura (American Welding Societv)
Iv
EL INSPECTOR DE SOLDADURA Y SUS
RESPONSABILIDADES
INTRODUCCIÓN
En términos generales, el inspector de soldadura es un individuo que propicia la
calidad de los productos soldados antes y durante su fabricación y juzga la calidad
final de éstos en relación a especificaciones escritas.
Para que el inspector de soldadura pueda realizar satisfactoriamente sus actividades.
es necesario que posea determinadas características físicas, aptitudes, conocimientos.
habilidades y experiencia, así como tener presente sus responsabilidades, alcances v
limitaciones en el campo de fabricación y construcción de componentes, equipos.
instalaciones v estructuras soldadas.
Un individuo que reúne estas características y calificaciones puede certificarse como
inspector de soldadura ante la AWS, organización que ha emitido la norma AWS
QC-1-96 para regular la calificación v certificación de inspectores de soldadura.
En este capítulo se presentan las características y calificaciones que debe poseer el
inspector y los requisitos que la norma mencionada establece para la calificación y
certificación.
1.1 DEFINICIÓN
El inspector de soldadura puede ser considerado como un representante de la
sociedad, que al asegurar la calidad e integridad de los equipos, instalaciones y
estructuras soldadas, también asegura la integridad física de usuarios, personal y
público en general.
El inspector de soldadura cumple con sus funciones representando a una
organización, como puede ser: el fabricante. el contratista, una compañía de seguros
o una agencia de inspección.
En función de la organización que representa y de sus propósitos específicos, los
inspectores de soldadura pueden ser clasificados en las siguientes categorías:
• Inspector de código
• Inspector de una institución de gobierno
• Inspector de ensayos no-destructivos
• Inspector del propietario, del cliente o del comprador
• Inspector del contratista o del fabricante
• Inspector de ingenieros o arquitectos
1.2 CARACTERÍSTICAS Y CALIFICACIONES DEL INSPECTOR DE
SOLDADURA
Para que un inspector de soldadura pueda realizar adecuadamente y con
profesionalismo su trabajo, debe reunir ciertas características y calificaciones; poseer
esto es un requisito para realizar actividades de inspección de soldadura. A
continuación, se indican los atributos necesarios para poder calificar y obtener
certificación (ante la AWS) como inspector de soldadura.
1.2.1 CONDICIÓN FÍSICA
Es esencial poseer una condición física que permita inspeccionar antes, durante y
después de la fabricación, instalaciones, equipos o estructuras que frecuentemente
son muy amplias y elevadas o de dificil acceso. Es importante reconocer que la
fabricación o el montaje se hace en posiciones favorables para los soldadores y el
producto en sí. no para conveniencia del inspector.
1 .2.2 AGUDEZA VISUAL
Es de importancia vital poseer una "buena" agudeza visual, ya que deben examinarse
v evaluarse las uniones soldadas y las indicaciones obtenidas en los ensayos no
destructivos.
Uno de los requisitos para que un individuo pueda ser un inspector de soldadura
certificado por la AWS, es que sea sometido a un examen de agudeza visual que
demuestre que, con o sin ayuda de anteojos , posee:
•
Agudeza visual cercana de acuerdo a la prueba Jaeger J2.
•
Agudeza visual lejana de 20/40 o mejor
• Capacidad para diferenciar el color rojo del verde y el azul del amarillo
1.2.3 ACTITUD PROFESIONAL
La importancia de la actitud profesional no puede ser subestimada, porque determina
el grado de éxito o fracaso. Para el éxito, estará dependiendo de la cooperación de
asociados en todos los departamentos y deberán recibir su respeto para obtener su
ayuda. Debe esforzarse en ser imparcial, consistente en todas sus decisiones y seguir
un procedimiento definido de inspección. No debe ser terco, pero tampoco fácilmente
convencible por argumentos persuasivos. Bajo ninguna circunstancia, debe buscar
favores o incurrir en obligaciones por sus acciones o decisiones pendientes.
1.2.4 CONOCIMIENTO SOBRE SOLDADURA
El inspector de soldadura debe tener un conocimiento aceptable de los procesos para
poder anticipar los defectos que pueden presentarse y saber cómo y dónde
localizarlos. Debe familiarizarse con los procedimientos y conocer las limitaciones
que tienen los soldadores y operadores, conocer las variables esenciales de los
procesos que se aplican y deberá verificar esas variables durante toda la operación.
1.2.5 CONOCIMIENTOS SOBRE DIBUJOS, ESPECIFICACIONES Y
PROCEDIMIENTOS
El inspector de soldadura debe estar familiarizado con los dibujos de ingeniería para
poder leer y entender las especificaciones; también debe conocer los símbolos de
soldadura y ensayos no destructivos, y debe tener la capacidad para decidir sobre qué
tipo y clase de soldadura es la adecuada para una aplicación específica cuando ésta
no ha sido detallada en las especificaciones o dibujos correspondientes.
1.2.6 CONOCIMIENTO DE MÉTODOS DE PRUEBA
Existe gran cantidad de métodos de prueba que se usan para determinar si una
soldadura satisface los estándares de calidad.
Cada método de prueba tiene sus objetivos y limitaciones, por lo que es necesario
conocerlos para saber la información que éstos proporcionan y cómo se interpretan
sus resultados.
1 .2.7 REGISTROS E INFORMES
Un inspector debe ser capaz de mantener registros adecuados, debe redactar informes
concisos y completos que se interpreten sin dificultad, explicando las diferentes
razones de sus decisiones y que puedan ser entendidos posteriormente aún por
lectores que no estén familiarizados con el tema o proyecto.
El inspector debe tener presente que los hechos que se conocen, pueden no recordarse
clara y concisamente después. Por lo tanto, los registros deben incluir no solo los
resultados de inspección y pruebas, sino también los registros de los procedimientos
de soldadura y su calificación y los del control de materiales. La calidad de los
registros contribuye a alcanzar y mantener una imagen respetable como inspector.
1.2.8 EXPERIENCIA EN SOLDADURA
Para el inspector de soldadura no es indispensable saber soldar, pero poseer la
experiencia real como soldador u operador es de gran ayuda. La experiencia como
soldador amplía los conocimientos de soldadura, proporciona respeto y da a la
opinión del inspector mayor credibilidad.
1.2.9 EDUCACIÓN Y ENTRENAMIENTO
Es de gran valor que el inspector posea educación formal en ingeniería y metalurgia,
pero muchos inspectores excelentes han obtenido los conocimientos respectivos
equivalentes por medio de la experiencia y el estudio. La norma AWS para la
calificación y certificación de inspectores de soldadura, considera la educación
formal avanzada (después de la preparatoria), como un sustituto de hasta dos años de
experiencia como inspector de soldadura.
1.2.10 EXPERIENCIA DEL INSPECTOR
La actitud y el punto de vista de un inspector de soldadura, se adquieren por medio de
la experiencia en la práctica de la inspección. La experiencia adquirida en la
inspección de materiales soldados, es de mucha ayuda debido a que el inspector
desarrolla una forma particular de pensar y trabajar. Para cumplir con el requisito de
experiencia para la certificación de AWS, hay que demostrar que se han realizado
funciones de inspector de soldadura o bien funciones de trabajo relacionados
directamente con la inspección. Los períodos de experiencia para la certificación, se
cuentan por el número real de meses empleados en trabajos regidos por algún código,
norma o especificación, y no se toma en cuenta el tiempo empleado siendo soldador u
operador de máquina. Los trabajos que se tomarán en cuenta para calificar la
experiencia del inspector, deberán cubrir las siguientes condiciones:
• Consistir totalmente en inspección de soldadura
• Incluir inspección de soldadura como una de las funciones principales de trabajo
• Tener una relación muy cercana a la inspección de soldadura.
1.?.1 1 CÓDIGO DE ÉTICA
Una inspección efectiva requiere no solo del cumplimiento de las obligaciones de
acuerdo a los requisitos de la norma, también requiere de la práctica de principios
éticos y conducta profesional. A continuación, se reproduce el Código de Ética que
forma parte de la norma AWS QC-1-96 (Standard for Qualification and Certification
of Welding Inspectors).
CÓDIGO DE ÉTICA
PREÁMBULO
Para poder resguardar la salud y bienestar del público y para mantener la integridad y
los altos estándares de las habilidades, prácticas y conducta en la ocupación de
inspector de soldadura, el Inspector de Soldadura Certificado por AWS. deberá tener
presentes los siguientes principios y el alcance en que se aplican, comprendiendo
que cualquier práctica no autorizada está sujeta al análisis del Comité de Calificación
de personal de soldadura de la AWS, y que puede resultar en la suspensión o
revocación del certificado.
INTEGRIDAD
El inspector de soldadura está obligado a actuar con completa integridad en materia
profesional y de ser honesto y leal con el Comité o su representante en materias
relacionadas a este Código.
RESPONSABILIDAD AL PÚBLICO
El inspector de soldadura está obligado a preservar la salud y bienestar del público,
llevando a cabo las obligaciones requeridas en la inspección de soldadura en una
forma concienzuda e imparcial y en la completa extensión de su moral y
responsabilidad cívica y calificaciones.
De acuerdo con esto, el inspector de soldadura:
• Tomará y llevará a cabo trabajos solamente cuando esté calificado en términos de
entrenamiento, experiencia y capacitación.
• Será completamente objetivo, concienzudo al realizar cualquier informe escrito,
declaración o testimonio del trabajo e incluir toda la información relevante o
pertinente en tales comunicados o testimonios.
• Firmará solamente por trabajos que él ha inspeccionado, o por trabajos sobre los
que tenga conocimiento personal por medio de control técnico directo.
• No asociarse ni participar en hechos deshonestos o fraudulentos.
DECLARACIONES PÚBLICAS
El inspector de soldadura no emitirá declaraciones , críticas o argumentos en materia
de inspección y relacionadas con políticas públicas inspiradas , pagadas por intereses
particulares sin primero haber identificado al interlocutor, sus motivos y cualquier
interés peculiar posible.
El inspector de soldadura no expresará públicamente su opinión sobre asuntos de
una inspección de soldadura, a menos que ésta se funde en hechos suficientes y en
base a una competencia técnica adecuada y bajo una convicción honesta de la
exactitud y veracidad de la declaración.
CONFLICTO DE INTERESES
El inspector de soldadura debe evitar conflictos de interés con el patrón o el cliente y
descubrir las posibilidades de asociaciones de negocio, intereses o circunstancias que
puedan ser consideradas como conflictivas en este sentido.
El inspector de soldadura no debe aceptar compensación, financiamiento ni
honorarios de más de una parte por servicios sobre un mismo proyecto, o por
servicios pertenecientes al mismo proyecto, a menos que las circunstancias estén
completamente claras, y sean acordadas por todas las partes interesadas o por sus
agentes autorizados.
El inspector de soldadura no debe aceptar recompensas, directa o indirectamente de
ninguna parte o partes, que provengan del cliente o patrón y estén en conexión con el
trabajo del inspector de soldadura.
El inspector de soldadura no debe inspeccionar, revisar o aprobar ningún trabajo en
beneficio de otra parte o partes, mientras esté en servicio en un cargo público de
elección.
SOLICITUD DE EMPLEO
El inspector de soldadura no debe pagar, solicitar ni ofrecer directa o indirectamente,
ningún soborno o comisión para solicitar un empleo profesional, exceptuando la
comisión normal requerida por agencias de empleos con licencia.
PRÁCTICA NO AUTORIZADA
Cualquier violación a este Código o práctica deshonesta relacionada con la ocupación
del inspector de soldadura cubierta por este Código , debe ser juzgada como una
práctica no autorizada en relación al manual de Procedimientos Administrativos para
manejar quejas y reglas del Comité ( de calificación de personal de soldadura de la
AWS).
1.2.12 COMUNICACIÓN
Como inspector de soldadura no solo se debe poseer buena condición física,
conocimientos técnicos y comportarse éticamente, también debe establecer una
comunicación eficiente v clara con gente de diferente nivel para así llevar a cabo sus
tareas y responsabilidades de una manera eficiente y profesional. La comunicación se
puede definir como el proceso por el cual las ideas se transmiten de una persona a
otra, con el propósito de llegar a un resultado determinado.
En el proceso de comunicación, a la persona que quiere comunicarse con otra se le
llama 4'EMISOR". El emisor habla, escribe, dibuja o suelda. La información que el
emisor quiere TRANSMITIR se llama "MENSAJE". El mensaje puede ser escrito,
hablado o gráfico (fotografías). La persona que recibe el mensaje se llama
"RECEPTOR" y toma el mensaje escuchando, leyendo, observando, infiriendo o
inspeccionando.
Al proceso donde el receptor responde una pregunta , se le denomina
"RETROALIMENTCION". Esta retroalimentación puede consistir de palabras
habladas, escritas , fotografías , números o símbolos que regresan al emisor, y el
proceso comienza de nuevo.
EMISOR
MENSAJE
RECEPTOR
Retroalimentación
El inspector de soldadura tiene trato directo con mucha gente en el trabajo; por lo
tanto, es muy importante que entienda el proceso de la comunicación para emplearla
efectivamente.
Las personas con quien generalmente debe comunicarse el inspector son:
• SUPERVISOR EN JEFE
El inspector le reporta a alguien. En algunos casos al inspector en jefe. En otras
situaciones al ingeniero de proyecto, gerente de planta. arquitecto u oficial de
gobierno.
• SOLDADORES
La relación entre el inspector de soldadura y el soldador es de suma importancia. El
soldador sabe en donde la preparación de la unión fue impropia o fuera de lo
especificado. El soldador que ve al inspector como enemigo, no se está concentrando
en hacer de cada soldadura la mejor. En cualquier caso, no estará tratando de facilitar
el trabajo del inspector. Es conveniente propiciar entre el inspector y el soldador una
buena comunicación.
• CAPATAZ DE SOLDADURA / SUPERVISOR
El capataz de soldadura o supervisor es muy importante para el inspector. Con un
gran grupo de soldadores calificados para alcanzar las especificaciones, el capataz
todavía decide a cuál soldador asignarle las soldaduras más difíciles. El inspector y el
capataz deben estar de acuerdo en cual de los soldadores es capaz de producir las
soldaduras requeridas. En reparaciones, el representante del fabricante puede sugerir
que "EL INSPECTOR DIGA AL SOLDADOR LO QUE QUIERE", con lo cual se
haría al inspector una parte del acto. Hay que recordar que, la autoridad del inspector
se extiende solamente a decidir si la soldadura es aceptada o rechazada. La
comunicación cordial con el capataz suaviza el camino para hacer soldaduras
aceptables.
• SUPERINTENDENTE DE CAMPO O TALLER
Los superintendentes de campo o taller presionan al capataz para producir más. La
confianza en el inspector disminuirá los intentos para evitar pasar cualquier
inspección requerida.
• GERENTE DE PLANTA
El gerente de planta también resiente las presiones de producción. y similarmente
puede desear evitar los requisitos de inspección. El inspector necesita mantenerlo
informado y asegurarle que los requisitos de calidad se están alcanzando como se ha
programado.
• INGENIERO DE PROYECTO
El ingeniero de proyecto es el primer intérprete de los dibujos y especificaciones del
trabajo. Usualmente estos documentos representan el detalle de cada unión para
alcanzar las intenciones del ingeniero de diseño. Una revisión del trabajo con el
ingeniero de proyecto ayudará a detectar cualquier trabajo que necesite mayor
planeación. Por ejemplo, una conexión múltiple puede requerir una secuencia de
soldadura para asegurar buenas uniones, o una revisión de diseño y detalle puede
facilitar la inspección.
• INGENIERO DE SOLDADURA
El ingeniero de soldadura aprueba los materiales escogidos por el ingeniero de
diseño. El inspector necesita tener acceso al ingeniero de soldadura para que los
posibles problemas de construcción, puedan ser llevados a la atención del ingeniero
antes de que se vuelvan problemas de inspección.
La comunicación es importante en el proceso de inspección. La función principal del
inspector es verificar que el trabajo del fabricante satisfaga los requisitos del contrato.
Es de vital importancia mantener informado al fabricante con todo lo relacionado con
la calidad y avances del trabajo, ya que sobre él recae la responsabilidad total de la
calidad final del producto. La comunicación apropiada le permite al inspector
mantenerse en contacto con las actividades de la organización de producción. Una
corrección a tiempo resultará en la obtención de un producto satisfactorio en lugar de
uno que, de otra forma, sería rechazado.
1.3 RESPONSABILIDAD DEL INSPECTOR DE SOLDADURA
La responsabilidad del inspector de soldadura demanda que posea buen carácter.
habilidad y sentido común. El inspector de soldadura. debido a la naturaleza de sus
actividades, puede desempeñar sus labores en varias plantas manufactureras o en
varios sitios de trabajo . En todos los casos , se debe respetar el horario de trabajo de
las organizaciones y los reglamentos de seguridad y comportamiento para el
personal . En ningún momento deberá sentirse con derechos y privilegios especiales.
En su trato con la organización del fabricante debe ser imparcial , tomar decisiones
adecuadas a tiempo , y tolerar la opinión de otros, sin embargo, debe hacer valer las
decisiones tomadas, y no dejarse convencer fácilmente con opiniones diferentes.
Las siguientes son algunas de las responsabilidades del inspector de soldadura:
- Interpretar los dibujos y especificaciones de soldadura
- Verificar materiales base y consumibles de soldadura - que cumplan con
especificaciones - y los metales de aporte que deben ser usados como se
especifica para cada material base
- Verificar el equipo de soldadura
- Verificar que los procedimientos de soldadura son como están especificados y que
se califican, y que la soldadura es realizada de acuerdo al procedimiento calificado
- Testificar la realización y pruebas de los ensambles de calificación de
procedimientos
- Verificar la documentación de los resultados de prueba de calificación de
procedimientos
- Verificar que el personal de soldadura está calificado de acuerdo con las normas
aplicables y para usar los procedimientos de soldadura especificados para el
trabajo correspondiente
- Testificar las pruebas de habilidad del personal de seguridad
- Verificar la documentación de los resultados de las pruebas de habilidad del
personal de soldadura
- Requerir la recalificación del personal de soldadura cuando ésta no está
actualizada, o si hay evidencia de que el personal no cumple los requisitos de la
norma aplicable
Y éstas son algunas obligaciones del inspector de soldadura:
- Verificar que solo procedimientos de soldadura aprobados o calificados se
emplean
- Verificar que la preparación de los bordes o geometría de juntas cumplen los
requisitos de procedimientos de soldadura y dibujos
Verificar que se usan los metales de aporte especificados y que son mantenidos
en condiciones adecuadas
Verificar que la técnica y habilidad del personal de soldadura sea como está
especificado
Verificar que el trabajo cumple con los requisitos de las normas. dibujos u otros
documentos aplicables
Verificar que el trabajo inspeccionado es identificado y documentado de acuerdo
con los requisitos especificados
Realizar la inspección visual requerida
Verificar que los END y la inspección visual es realizada por personal calificado y
de la manera especificada . Revisar la información resultante para asegurar que los
resultados están completos
Realizar otros END requeridos , siempre y cuando la calificación para realizarlos
cumpla con los requisitos especificados
- Preparar reportes claros y concisos
- Verificar que los registros (WPS; PQR y WPQ, Control de Materiales Base y de
Aporte y los resultados de pruebas e inspecciones) estén completos , se archiven y
mantienen
A continuación se detallan las responsabilidades antes listadas.
INTERPRETACIÓN DE DIBUJOS Y ESPECIFICACIONES DE SOLDADURA
El inspector de soldadura debe estudiar los dibujos y diseños para familiarizarse con
los detalles de construcción, el uso propuesto de los subensambles y las operaciones
específicas de soldadura . También debe verificar si los materiales que se usarán en la
estructura soldada requieren algún tratamiento especial para obtener una soldadura
satisfactoria. Esta información debe estar claramente indicada en las especificaciones
o procedimientos de soldadura, de no ser así , la deberá solicitar al ingeniero de
proyecto.
El estudio previo de los dibujos y diseños aumentará la habilidad del inspector para
tomar decisiones claras y concisas. Estas decisiones acelerarán la terminación del
trabajo, aumentará su imagen profesional y lo ayudarán para ejercer su autoridad
correctamente.
En las situaciones en las que se detecte alguna desviación con respecto al diseño o
especificaciones,. la responsabilidad del inspector de soldadura puede ser sólo
comunicárselo al ingeniero de proyecto o al departamento de aseguramiento de
calidad, para que decidan si esta desviación es rechazada o aceptada, pero algunas
veces es responsabilidad del mismo inspector decidir la aceptación o el rechazo.
En algunos casos, el inspector se vera involucrado en la aceptación o rechazo de
grandes estructuras soldadas, y puede ser su deber después de un estudio cuidadoso
decidir si el error puede ser corregido y si el método de corrección a emplear
asegurará un producto terminado que satisfaga las especificaciones. En cualquier
caso, el inspector debe ser muy cuidadoso al aceptar desviaciones. Las desviaciones
con respecto al diseño, normalmente deben ser informadas al diseñador para que
decida su aprobación.
Por lo general, no siempre se pueden escribir las especificaciones totales sobre el
proyecto o las modificaciones que éste haya sufrido; y el inspector de soldadura
frecuentemente es el responsable de determinar el significado e intención de las
especificaciones, cuando éstas no están completamente definidas.
VERIFICACIÓN DE LAS ÓRDENES DE COMPRA
Las especificaciones para el trabajo deben identificar todos los materiales que van a
ser usados . Debe incluir todo el material consumible , como: electrodos de soldadura,
fundentes , gases de protección , insertos y anillos consumibles. El inspector debe
examinar las especificaciones de compra para ver que los materiales que han sido
ordenados , son los materiales requeridos . Por ejemplo : las especificaciones
comerciales para acero, tales como ASTM A572, frecuentemente incluyen más de un
grado del producto , que debe ser identificado individualmente en la orden de compra
para obtener el grado correcto.
COMPROBACIÓN E IDENTIFICACIÓN DE LOS MATERIALES DE TRABAJO
Se debe verificar que cada uno de los materiales abastecidos satisfagan las
especificaciones y estén identificados de acuerdo con su orden de compra, ya que
muchos materiales se parecen y existe la posibilidad de confusiones inadvertidas. Las
reglas de aseguramiento de la calidad de la Sociedad Americana de Ingenieros
Mecánicos (ASME), requiere que un inspector realice esta verificación.
Una vez que se verificó que el material está identificado y cumple con las
especificaciones solicitadas en las órdenes de compra, se deberá tener mucho cuidado
en el control de identificación para todos los materiales en cada una de las etapas de
fabricación.
VERIFICACIÓN DEL ALMACENAMIENTO DE LOS MATERIALES DE
APORTE
El inspector de soldadura debe investigar especialmente como se almacenan todos los
materiales de soldadura. Los electrodos de bajo hidrógeno fuera de su empaque
deben ser mantenidos en hornos. Hay que tener en mente la necesidad de preservar la
identificación del lote para todos los trabajos. También, hay que recordar que los
fundentes y los electrodos de alambre tubular necesitan protección de la humedad, ya
sea por lluvia o humedad ambiental.
INSPECCIÓN DEL EQUIPO DE SOLDADURA
Todo el equipo empleado para los trabajos de soldadura debe ser sometido a
mantenimiento y calibración periódica para evitar, por ejemplo, que los amperímetros
y voltímetros de las máquinas soldadoras no sean exactos debido al maltrato, polvo,
tierra o sobrecargas.
INSPECCIÓN DE LA PREPARACIÓN DE LAS UNIONES
Para la preparación de uniones de soldadura, se enlistan las dimensiones y tolerancias
específicas en los códigos y especificaciones. En este caso la responsabilidad del
inspector incluye el examen de la preparación de los bordes de la unión a soldar
incluyendo dimensiones de raíz y ángulos y la separación entre miembros.
INSPECCIÓN DEL AJUSTE Y EL ALINEAMIENTO DE LAS JUNTAS A
SOLDAR
El inspector de soldadura debe examinar las partes a unir, antes de haberse aplicado
la soldadura, debiendo tener en cuenta los puntos más importantes. que son: el
alineamiento y la abertura de raíz. También debe tener presente innecesario el
combado y pre-esforzado en uniones que estarán sujetas a distorsión congo resultado
de tensiones v contracciones.
DETECCIÓN DE IMPERFECCIONES Y DESVIACIONES DEL METAL BASE
La calidad de los productos proporcionados para un trabajo determinado, deberá
igualar la calidad especificada para el producto final. Casi todos los metales base
presentan pequeñas discontinuidades visibles indeseables, pero éstas pueden
aceptarse si están dentro de los límites establecidos de las especificaciones
correspondientes.
El inspector tiene la responsabilidad de detectar estas discontinuidades en el metal
base para evaluarlas y repararlas cuando sea necesario y evitar que se incorporen al
producto final soldado.
En ocasiones necesitará comunicarse con el ingeniero responsable para que decida
qué hacer cuando se tenga un defecto crítico. Debe recordarse que todas las
especificaciones establecen que una pieza defectuosa debe ser rechazada v repuesta, a
menos que se pueda reparar.
VERIFICACIÓN DE LA CALIFICACIÓN DE PROCEDIMIENTOS DE
SOLDADURA
El inspector debe verificar que todos los procedimientos de soldadura que se
empleen, estén calificados de acuerdo con la norma aplicable. Los propósitos y
alcances de la calificación de procedimientos, se estudian con detalle en el capítulo
correspondiente de este curso.
VERIFICACIÓN DE LA CALIFICACIÓN DE SOLDADORES Y OPERADORES
DE EQUIPO DE SOLDADURA
Es un deber del inspector, verificar que todos los soldadores y operadores de equipo
de soldadura que vayan a participar en un trabajo de código, estén calificados en los
términos del mismo. El propósito y alcance de esta calificación, también se estudia en
otro capítulo de este curso.
SELECCIÓN DE MUESTRAS DE PRODUCCIÓN PARA SOMETERLAS A
PRUEBA
En los ensambles soldados, la inspección del producto casi siempre se hace en
muestras que se toman de la línea de producción. Estas muestras pueden ser
seleccionadas al azar o de acuerdo con un orden establecido. En cualquier caso,
verificar la selección y las pruebas es una de las obligaciones del inspector. Algunas
veces, la selección de las muestras se deja a su juicio. No se deben de tomar más
muestras que las que realmente se necesitan para determinar el comportamiento del
material soldado. Las pruebas típicas incluyen radiografías, otras pruebas no
destructivas, pruebas hidrostáticas, análisis químico, examen metalúrgico y ensayos
mecánicos destructivos.
RESULTADOS DE LAS PRUEBAS
Algunas veces será impráctico para el inspector ser testigo de todas las pruebas. Pero
debe ser testigo de las suficientes para poder asegurar que las pruebas están siendo
hechas en la forma apropiada y que los resultados son exactos. Hay que asegurarse
que el equipo de prueba ha sido calibrado y es exacto. Cuando se hayan hecho las
pruebas, se deben evaluar los resultados y decidir si el producto alcanza o no las
especificaciones. Si el producto no alcanza los estándares de aceptación en ciertos
detalles, deben considerarse todos los resultados finales en relación a los requisitos,
antes de decidir la aceptación o el rechazo. La decisión final, frecuentemente
corresponde al inspector de soldadura.
ELABORACIÓN Y MANTENIMIENTO DE REGISTROS E INFORMES
El trabajo de código siempre requiere la manutención de registros. Ya sea que otros
departamentos los pidan o no, se deben tener registros completos por cada inspector.
Estos pueden ser en forma de notas detalladas. También será responsabilidad del
inspector verificar los registros oficiales para comprobar su exactitud y para
asegurarse que están disponibles. Los registros que requieren la firma del fabricante,
deben ser preparados por el fabricante, no por el inspector. Los registros deben ser
tan detallados como sea necesario y escritos con tinta; los errores se deben tachar, no
borrar. El informe final debe comentar el carácter general del trabajo, las dificultades
encontradas y los defectos detectados, las reparaciones deben ser explicadas.
Finalmente, el inspector debe distribuir las copias necesarias y mantener una en su
archivo personal.
CAPITULO II
2.1
PAGINA
INTRODUCCIÓN
B-3
CONCEPTOS METALÚRGICOS BÁSICOS
B-3
2.1.1
ESTRUCTURA CRISTALINA
B-4
2.1.2
ALEACIONES
B-10
2.1.3
DIFUSIÓN
B- 12
2.1.4
LAS PROPIEDADES DE LOS METALES Y
ALEACIONES
B - 14
2.1.4.1 FACTORES QUE DETERMINAN LAS PROPIEDADES
ALEACIONES
B -15
2.1.5
2.2
METALURGIA BÁSICA DE LOS ACEROS
B -18
2.1.5.1 FASES PRESENTES DE LOS ACEROS Y SUS
TRANSFORMACIONES
B- 19
FENÓMENOS QUE OCURREN DURANTE
EL PROCESO DE SOLDADURA
B -30
2.2.1
2.2.2
2.2.3
2.2.4
FACTORES QUE INFLUYEN EN EL
CICLO TÉRNUCO
B -31
EL CICLO TÉRMICO Y SU EFECTO
METALÚRGICO
B -35
FENÓMENOS METALÚRGICOS DURANTE
LA SOLDADURA
B -36
CAMBIOS DIMENSIONALES
B -38
2.2.4.1 EXPANSIÓN TERMICA
B -38
2.2.4.2 CAMBIO DE VOLUMEN DURANTE LA FUSION Y
B -39
SOLIDIFICACION
2.2.4.3
CAMBIOS DIMENSIONALES POR
TRANSFORMACIÓN DE FASES
2.2.4.3 CAMBIOS EN LA COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL
METAL DE APORTE
2.3
PRINCIPIOS METALÚRGICOS APLICADOS
A LA PRÁCTICA DE LA SOLDADURA
2.3.1 SOLDABILIDAD
2.3.2 CARBONO EQUIVALENTE (CE)
2.3.3 PRECALENTAMIENTO Y TEMPERATURA
ENTRE CORDONES
2.3.4 TRATAMIENTOS TÉRMICOS POSTERIORES
A LA SOLDADURA
2.4 CLASIFICACIÓN Y DESIGNACIÓN DE LOS
ACEROS
INTRODUCCIÓN A LA METALURGIA DE LA SOLDADURA
INTRODUCCIÓN
Las operaciones de soldadura involucran fenómenos metalúrgicos, tales como:
fusión, solidificación, difusión y transformaciones de fases, entre otros.
Estos fenómenos influyen en las operaciones de soldadura y en la calidad obtenida
en las uniones. Una comprensión de estos fenómenos, de sus causas y sus efectos,
es esencial para el control de las uniones soldadas, tanto para quienes realizan las
uniones como para los que las inspeccionan.
En este capítulo se hace una revisión de los conceptos metalúrgicos básicos
relacionados con la soldadura, de los fenómenos que ocurren durante el proceso y
la aplicación de los principios metalúrgicos a la práctica de la soldadura.
2.1 CONCEPTOS METALÚRGICOS BÁSICOS
La materia ordinaria existe en tres estados de agregación : gas, líquido y sólido. La
diferencia entre estos estados radica principalmente en la movilidad de los átomos,
la separación entre ellos y el orden (o desorden ) con que se encuentran dispuestos
en cada uno de los casos.
Mientras en el gas existe una gran movilidad de los átomos, la separación entre
ellos es relativamente grande e interactúan con un desorden casi completo.
En el estado sólido, los átomos están dispuestos ordenadamente formando
cristales, la distancia entre ellos es más reducida (con respecto a los otros dos
estados) y su movilidad está muy limitada.
El estado líquido puede considerarse esencialmente como una estructura
indeterminada, ya que no posee el orden del estado sólido ni la poca interacción
entre átomos, característica del gas.
Existen sustancias como el vidrio y el asfalto cuya rigidez corresponde a la de un
sólido, pero sus átomos no están ordenados, por lo que no son considerados
verdaderamente sólidos; se les considera como líquidos sobre enfriados de muy
elevada viscosidad en los que la temperatura de solidificación al equilibrio, sus
átomos tienen una movilidad muy limitada y no pueden desplazarse
ordenadamente para formar cristales. Estas sustancias se denominan ``amorfas .
Por otra parte, la separación promedio entre los átomos de los líquidos y su
densidad, son muy cercanas a la de los sólidos. La diferencia principal del líquido
y el sólido es que, en este último, los átomos están dispuestos ordenadamente
según modelos geométricos tridimensionales bien definidos. A esta configuración
se le llama "estructura cristalina".
2.1.1 ESTRUCTURA CRISTALINA
Las estructuras cristalinas de los metales se describen en términos de un concepto
geométrico idealizado llamado RED ESPACL4L.
Las redes espaciales pueden visualizarse como un gran conjunto de puntos
ordenados en el espacio, de tal manera que cada uno de ellos presente una
posición idéntica con respecto a los otros colocados a su alrededor.
Si cada uno de estos puntos fuera unido con líneas imaginarias a los puntos más
cercanos, se obtendría una configuración geométrica, la de un cubo por ejemplo,
que se repetiría indefinidamente en todas las direcciones.
La RED quedaría definida por el modelo geométrico individual formado al unir
con lineas la cantidad mínima de los puntos más cercanos entre sí. Este modelo
geométrico individual recibe el nombre de CELDA UNITARIA.
En la siguiente figura se ilustra la red espacial más simple, la cúbica.
FIGURA 2.1
Red especial cúbica simple en la que se indica una celda unitaria con trazo más
queso
Las posiciones que guardan los átomos en las estructuras cristalinas de los sólidos
siguen uno de los modelos geométricos de la red espacial, en la que un átomo o
grupo de átomos ocupan las posiciones indicadas por los puntos de la red.
Aunque existe un número ilimitado de estructuras cristalinas posibles y catorce
redes espaciales simples, las estructuras cristalinas más comúnmente encontradas
en los metales son la cúbica centrada en el cuerpo, la cúbica centrada en las caras
y la hexagonal compacta.
En las siguientes figuras se muestran los esquemas de las redes espaciales y las
posiciones de los átomos (representados con esferas) en las estructuras cristalinas
mencionadas.
(A)
FIGURA 2.2
(B)
Estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo:
(A) celda unitaria de la red y
(B) posición relativa de los átomos
(A)
FIGURA 2.3
B)
Estructura cristalina cúbica centrada en las caras:
(A) celda unitaria de la red v
(B) posición relativa de los átomos
(A)
FIGURA 2.4
Estructura cristalina hexagonal compacta:
(A) celda unitaria de la red
(B) posición relativa de los átomo
Ya que muchas propiedades de los metales están determinadas por la estructura
cristalina, es conveniente hacer algunas consideraciones adicionales acerca de
ésta.
PRIMERA: Las estructuras cristalinas perfectamente regulares, consideradas
anteriormente, son cristales ideales, muy útiles para ' comprender como están
dispuestos los átomos. Las piezas metálicas que observamos cotidianamente están
compuestas por cristales reales más o menos perfectos que representan ciertas
discontinuidades como vacancias, átomos intersticiales, defectos Frenkel, átomos
de impureza y dislocaciones. En las siguientes figuras se representan estas
discontinuidades.
0 0
O
000
FIGURA 2.5
DISCONTINUIDADES EN LAS ESTRUCTURAS CRISTALINAS
(A) Vacancia - Falta de un átomo en la red
(B) Átomo Intersticial - Exceso de un átomo en la red
(C) Defecto de. Frankel - El átomo causante de una vacancia se encuentra
alojado como intersticial en los alrededores
(D) Átomo de Impureza - Destruyendo la perfección de la red
(E) Dislocación del Borde
SEGUNDA: Los metales (en estado sólido) están compuestos por conjuntos de
granos. Estos granos se producen debido a la repetición de un patrón geométrico
definido (cristal individual) siempre con la misma orientación; ver figuras 2.2, 2.3
v 2.4 La única diferencia existente entre un grano y otro es la orientación
preferencial que presentan las agrupaciones de cristales individuales.
Los granos están '`UNIDOS" unos con otros formando una zona de transición
(agrupación de átomos en forma irregular ) llamada "LIMITE DE GRANO"; de
acuerdo con esto , podemos generalizar que los metales son policristalinos , esto es.
están constituidos de un número infinito de granos de diferente tamaño.
Para tener una idea más cercana a la naturaleza policristalina de los metales.
considérese lo siguiente: un grano de hierro de tamaño típico (0.25 mm) contiene
unos 1018 átomos.
TERCERA: Las piezas metálicas comerciales no están fabricadas con metales
puros sino con mezclas de metales y elementos no metálicos . Estas mezclas
reciben el nombre de "ALEACIONES". Los elementos de aleación en un metal
puro ocasionan imperfecciones (discontinuidades ) en las redes cristalinas.
2.1.2 ALEACIONES
Debido a que los metales puros presentan propiedades mecánicas pobres, rara vez
tienen aplicación industrial ; pero existe una gama muy amplia de aleaciones, con
propiedades espec íficas adecuadas para aplicaciones industriales específicas.
En términos generales, las aleaciones son mezclas de un metal base presente en
mayor proporción con otros elementos, metálicos o no metálicos, que influyen en
determinadas propiedades (dureza o resistencia a la corrosión , por ejemplo).
El metal base (matriz ) de las aleaciones pueden formar mezclas homogéneas en el
estado sólido con los elementos de aleación . Las soluciones sólidas pueden ser de
dos tipos : sustitucionales e intersticiales . En las del primer tipo, los átomos de
aleante ocupan las posiciones normales de los átomos de la matriz en la red
cristalina. En las intersticiales, los átomos del aleante se alojan en algún "hueco" o
intersticio entre los átomos de la matriz . La siguiente figura representa
bidimensionalmente los tipos de solución.
0
METAL BASE
• ALEANTE
0 0 • 0 0
oooo•
ooo••
ooo•o
00000
(A)
00000
0000'0
0^0Q00
00000
000'0 )
(B)
FIGURA 2.6
LOS DOS DIFERENTES TIPOS DE SOLUCION SOLIDA
(A) Solución Sólida Sustitucional
(B) Solución sólida Intersticial
Algunos ejemplos de soluciones sustitucionales son las aleaciones Cu-Ni, y de
intersticiales el sistema Fe-C.
El tipo de solución sólida y el grado de solubilidad dependen de algunos factores:
para que dos metales sean solubles entre sí en todas las proporciones, deben
satisfacer las siguientes condiciones:
-
La diferencia en el tamaño aparente de sus átomos no deben ser mayor de 15%.
Deben tener la misma estructura cristalina.
Deben tener igual electronegatividad o una diferencia no apreciable en ésta.
Deben tener la misma valencia.
A estas condiciones se les conoce como "REGLAS DE HUME-ROTHERY".
Dos metales que satisfagan estas condiciones ( como el oro y la plata) formarán
una solución sólida Sustitucional en todas las proporciones . Si no satisfacen estas
condiciones, la solubilidad solo será parcial.
Si la diferencia entre el tamaño aparente de los átomos es mayor al 15%, la
solución sólida formada será intersticial y la solubilidad se verá muy restringida.
En los sistemas de solubilidad parcial, generalmente ésta disminuye al disminuir
la temperatura.
Las aleaciones de dos metales solubles en todas las proporciones en el estado
sólido, son mezclas homogéneas, es decir, presentan la misma composición v la
misma estructura . Sin embargo , la mayor parte de las aleaciones industriales son
de solubilidad restringida y además de la solución sólida, están presentes
porciones variables de material que difieren en composición química o estructura
cristalina (o ambas a la vez) de esta solución sólida. A estas porciones diferentes
entre sí, se les denomina "FASES'.
2.1.3 DIFUSIÓN
En el estado sólido existe movimiento de los átomos , `` saltando" de una posición
de la red cristalina a otra posición cercana. A este movimiento de los átomos en el
estado sólido se le denomina —DIFUSIÓN`.
Los "saltos" de un átomo durante la difusión pueden ser de su "posición original"
hacia una posición vacante en la red, sustituyendo a otro átomo en su posición en
la red o alojándose intersticialmente.
Los factores que afectan a la difusión, son la temperatura (a temperatura ambiente
la difusión se lleva a cabo muy lentamente), la concentración del soluto, la
presencia de impurezas y el tamaño de grano.
VACANCIA
El átono 1 ocupa el lugar 'acante y el átomo ? ocupa el lugar 1- así
sucesivamente.
Atomo Intersticial
Átomo Dislocado
DEFECTO PUNTUAL
El átomo oscuro es un átomo
Intersticial alojado entre los
Intersticios de la red cristalina.
FIGURA 2.7
DESPLAZAMIENTO POR DIFUSIÓN DE LOS ÁTOMOS HACIA LUGARES
VACANTES
2.1.4 LAS PROPIEDADES DE LOS METALES Y LAS ALEACIONES
La utilidad y la aplicación adecuada de los metales y aleaciones para fines
específicos se mide v describe en función de sus propiedades , tales como:
resistencia mecánica , resistencia a la oxidación v a la corrosión y comportamiento
a temperaturas muy altas y muy bajas.
Las propiedades intrínsecas de los metales (ductilidad, conductividad térmica,
eléctrica y resistencia mecánica) están determinadas por su configuración
electrónica y por la unión de tipo metálico de sus átomos y sus estructuras
cristalinas ; pero para los fines prácticos de las aplicaciones industriales y de
ingeniería de los metales , son otros aspectos que hay que considerar para entender
el comportamiento de las aleaciones comerciales.
2.1.4.1 FACTORES QUE DETERMINAN LAS PROPIEDADES DE LAS
ALEACIONES
Como se explicó anteriormente , las redes cristalinas de los metales no son
perfectas ; las discontinuidades presentes en éstas (vacancias , átomos intersticiales,
átomos de impureza y principalmente las dislocaciones [1]), influyen
grandemente en el comportamiento de las aleaciones.
La resistencia mecánica real de los metales ordinarios es mucho menor a la
resistencia que en teoría debían tener de acuerdo con su estructura cristalina (y
tipo de enlace ). La causa de este hecho radica en la existencia muy extendida de
las dislocaciones [_L] en los cristales.
En la siguiente figura se muestra cómo se produce una deformación permanente
en una red cuando una fuerza tiende a cizallar un cristal.
(A)
(B)
FIGURA 2.8
DESLIZAMIENTO DE UNA DISLOCACIÓN DE BORDE
(A) Dislocación de borde de una estructura cristalina y
(B) Desplazamiento de la dislocación por un espacio de la red debido a la
acción de una fuerza cizallante.
El plano de átomos situado encima de la dislocación se desliza sobre el plano
atómico inferior, restableciendo con éste los enlaces. Esta nueva distribución
atómica es similar a la anterior y puede ocurrir otro desplazamiento. Para
producir esta deformación, es necesaria una fuerza de sólo la milésima parte de la
que se requiere para producir el cizallamiento de una estructura cristalina perfecta
(sin dislocación).
De acuerdo con esto, la deformación plástica de los metales ocurre principalmente
por el deslizamiento de planos cristalinos en la vecindad de las dislocaciones, que
a su vez también se desplazan. Las dislocaciones durante la deformación de los
metales tienden a desplazarse hacia las superficies de las piezas o hacia los límites
de grano, que son "zonas de alta concentración de defectos" en la red.
Después de considerar lo anterior, es evidente que las propiedades de las
aleaciones dependen en buena medida del tipo de imperfecciones existentes en la
red. A continuación se indican los tres mecanismos mediante los cuales se pueden
producir modificaciones en las propiedades de las aleaciones.
A) Endurecimiento por deformación de Frío.
Un metal puro sin deformaciones previas es "blando". es decir, es deformable con
relativa facilidad debido al deslizamiento de las dislocaciones en la estructura
cristalina el endurecimiento de este metal puro se producirá cuando este
deslizamiento se dificulte debido al complejo sistema de dislocaciones creado por
deformaciones progresivas. El endurecimiento máximo posible de los metales
puros se obtiene sólo mediante una deformación en frío.
B) Endurecimiento por Aleación.
Los elementos de aleación en las soluciones sólidas siempre provocan el
endurecimiento del metal aleado. Si los átomos del aleante se distribuyen al azar
en el metal aleado no representan un gran obstáculo para el deslizamiento de las
dislocaciones, pero estos átomos tienden a moverse preferentemente a posiciones
alrededor de las dislocaciones y la fuerza necesaria para moverlas puede aumentar
de manera considerable. En la figura 2.9 se representan los casos en que los
átomos del aleante están distribuidos al azar v cuando se han colocado en
posiciones cercanas a la dislocación.
C) Reacciones en el Estado Sólido
El endurecimiento en las aleaciones puede provocarse al transformar las fases
originalmente presentes en fases nuevas con propiedades diferentes. Estas
reacciones se llevan a cabo con procesos de calentamiento llamados
TRATAMIENTOS TERMICOS.
Desde otro punto de vista, las propiedades de las aleaciones dependen de las
propiedades de las fases presentes, y de la forma en que dichas fases estan
relacionadas entre sí, es decir, de la estructura que forman.
(A)
(B)
FIGURA 2.9
(A) átomos de aleante distribuidos al azar (oscuros) y
(B) átomos de aleante en posiciones cercanas a la dislocación
2.1.5 METALURGIA BASICA DE LOS ACEROS
Los aceros por lo general son aleaciones de base hierro en las que el principal
elemento de aleación es el carbono (hasta 2.0%).
Los aceros son, con mucho, las aleaciones de mayor aplicación industrial v las
más empleadas en componentes y estructuras soldadas.
Para entender el comportamiento de las uniones soldadas de acero durante su
ejecución y su vida en servicio, es necesario conocer su metalurgia básica. "Dos"
características fundamentales de los aceros provocan que en éstos exista un amplio
rango de propiedades y comportamientos posibles:
A) El hierro y la mayoría de sus aleaciones, al ser calentados o enfriados a
determinadas temperaturas, sufren transformaciones alotrópicas (cambios de
estructuras cristalinas). Esta transformación es la razón por la que un acero
puede ser tratado térmicamente y obtener en él una gran variedad de
propiedades físicas.
B) Los cambios en el contenido de los aleantes presentes en los aceros causan
grandes cambios en las propiedades físicas, químicas y mecánicas.
2.1.5.1 FASES PRESENTES DE LOS ACEROS Y ST S
TRANSFORMACIONES
A) Transformaciones Alotrópicas del Hierro Puro
Las transformaciones alotrópicas que presenta el hierro dependen de la
temperatura a la que se encuentre, estas transformaciones están representadas en
una curva de enfriamiento (figura 2.10).
Hasta 768° C, el hierro puro presenta una red cristalina cúbica centrada en el
cuerpo llamada hierro a (alfa) y es magnética.
De 768° C hasta 910° C, el hierro presenta una red cristalina "cúbica centrada en
el cuerpo " (bcc) llamada hierro a (alfa) o ferrita y es amagnético.
De 910 a 1400° C, la estructura del hierro es cúbica centrada en las caras (fce).
Esta estructura recibe el nombre de austenita o hierro a (gama), y es amagnética.
Arriba de los 1400° C (y hasta 1 536° C, temperatura de fusión) la estructura es
nuevamente cúbica centrada en el cuerpo llamado hierro y ( delta).
13) Transformaciones de Fase en los Aceros
Temperatura °C
r,
RC magnt! Cz,
%01 (a1'-1 ) 9 C..
7(r
4
1o magntf+CO
F IC(alt11 a C C
. , _ yPo
FIGURA 2.10
El hierro fundido al enfriarse cambia de la fase liquida a la fase sólida. Los
mecanismos de este cambio de fase son dos: nucleación (formación de partículas
pequeñas de la fase nueva) y crecimiento (aumento de tamaño de los núcleos).
Los átomos de hierro cristalizan primeramente como hierro y (delta) y al proseguir
el enfriamiento se forma la austenita, cuyas transformaciones sucesivas son de
gran importancia práctica.
La austenita puede mantener en solución sólida hasta un 2.06% de carbono.
Existen temperaturas abajo de las cuales la austenita va no es estable y tiende a
descomponerse en fases que sí lo son . Estas fases son la ferrita (que no puede
tener en solución más de 0 . 02% de carbono ) y la cementita ( compuesto intermetálico con 6.67% de carbono , cuya estructura cristalina es ortorrómbica). Si el
enfriamiento es lento de manera que se permita la difusión de carbono a regiones
en los que las concentraciones locales sean de 0.02% a 6.67% C
aproximadamente , la transformación será a ferrita y cementita y se formará un
constituyente llamado perlita (que es una mezcla de estas dos fases).
Si por el contrario , el enfriamiento hasta temperaturas cercanas al ambiente es tan
rápido que el carbono no puede difundir (como sucede en el tratamiento térmico
de temple) la fase resultante será la martensita, que tiene una estructura tetragonal
centrada en el cuerpo (estructura intermedia entre la cúbica centrada en las caras y
cúbica centrada en el cuerpo) con átomos de carbono en solución intersticial. Esta
estructura es metal estable, muy dura y frágil.
La austenita también puede transformarse en bainita si es enfriada y mantenida
durante un lapso a una temperatura constante (de unos 200 a 450° C
aproximadamente).
C) Diagrama Hierro-Carbono
La figura 2.11 es un diagrama de equilibrio hierro-carbono en el que están
indicadas las transformaciones en equilibrio que sufren los aceros al carbono. En
este diagrama también están indicados aspectos tales como: la solubilidad del
carbono en cada forma alotrópica del hierro y temperaturas adecuadas para los
diferentes tratamientos térmicos.
El diagrama hierro-carbono se caracteriza por tres puntos invariantes : un punto
pentéctico (a 1493 ° C y 0. 17% C) , un punto eutectoide (a 722° C y 0.8% C) y
un punto eutéctico (a 1147° C y 4.3% C).
D) Diagramas de Transformaciones Isotérmicas
Transformación - Temperatura-Tiempo)
o TTT ( curvas de
Los diagramas TTT muestran la relación tiempo - temperatura para la
transformación de la austenita a temperatura constante . siendo posible observar en
qué etapas del ciclo de enfriamiento ocurren las transformaciones de las
diferentes estructuras.
Los diagramas TTT son la base para planear los tratamientos térmicos , entender la
respuesta y cuáles son los cambios mínimos estructurales de un acero, a un
tratamiento térmico especifico.
En el siguiente diagrama , correspondiente a un acero eutectoide (con un contenido
de 0.80% C) se muestran las regiones (de tiempo , transformación y temperatura)
en las que se forman perlita , bainita o martensita, respectivamente.
E) Cuando el Enfriamiento es Continuo
Son útiles los diagramas de transformación durante enfriamiento continuo. En la
siguiente figura se muestra la relación entre el diagrama isotérmico y el de
enfriamiento continuo para un acero eutectoide.
F) Influencia de los Elementos de Aleación
Los elementos de aleación en los aceros influyen en sus propiedades y en su
comportamiento en procesos tales como la soldadura y tratamientos térmicos. A
continuación se indica brevemente cuál es la influencia de los elementos más
comunes en los aceros:
DIAGRAMA HIERRO CARBONO
TEMPERATURA
°C
1600
1500
1400
1300
1200
1100
1000
900
8 00
700
600
500
400
300
200
100
0
0.008
{
0.8
0117053
1
HIPOEU- 1 HiPEREUTECTO10ES
TEC70WDES
2
4.3
3
4
1
4.8
HIPOEU TECTI COS
ACEROS 1 HIERROS FUN DI DIDOS
H1PEREU TECTiCOS
C
FIGURA 2.11
L
'
-
S _ EN
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?vl S
22c.T
- m 5C - M`-- ---- M. R L E S. T ti
FIGURA 2.12
Diagrama de transformación, temperatura y tiempo para un acero eutectoide.
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V1., £s:r_c wrc `]n0
c _^.^z^'
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9O2 1,03
-•^c2
-' E
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oc
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- SE
FIGURA 2.13
Diagrama de transformación a enfriamiento continuo (CCT) derivado del
diagrama de transformación isotérmica (TTT) para un acero eutectoide
CARBONO
Presente hasta en un 2%; puede estar disuelto o combinado (formando carburos)
Aumenta la resistencia mecánica y la respuesta a tratamientos térmicos (capacidad
de endurecimiento por temple o templabilidad) y disminuye la soldabilidad.
B-24
AZUFRE
Generalmente presente como impureza; debido a que forma una aleación eutéctica
de bajo punto de fusión (sulfuro de hierro, Fe S), es indeseable para los procesos
de soldadura. En contenidos mayores de 0.05% causa fragilización en caliente y
reduce la soldabilidad.
Se presenta como aleante principal en los aceros de maquinado rápido (Free
Cutting Steels o Resulfurados) de la serie 11 XX.
FOSFORO
Generalmente presente como impureza. Es indeseable para los procesos de
soldadura. En contenidos mayores al 0.04% causa fragilización en frío; se
presenta como aleante principal en los aceros de maquinado rápido (Refosforados)
de la serie 12XX.
SILICIO
Se emplea como desoxidante en aceros de bajo carbono por la formación de
dióxido de silicio (Si O,). Se disuelve en el hierro y aumenta la resistencia
mecánica y la tenacidad.
MANGANESO
Elemento soluble en hierro, mejora las propiedades mecánicas y disminuye los
efectos producidos por el azufre, porque se forma preferencialmente sulfuro de
manganeso (MnS). Contenidos mayores a 1.00% reducen la soldabilidad.
CROMO
Parcialmente soluble en hierro, y tiende a retener la fase hierro en aceros de media
aleación (hasta un 9%) aumenta la resistencia a la oxidación, la templabilidad y la
resistencia mecánica a altas temperaturas , reduce la soldabilidad . En contenidos
mayores al 12% aumenta la resistencia a la oxidación y corrosión en tal grado que
forma la familia de los aceros inoxidables.
MOLIBDENO
Generalmente está presente en contenidos no mayores al 1%. Aumenta la
templabilidad y la resistencia mecánica a altas temperaturas , mejora la tenacidad y
la resistencia a la corrosión , afma el grano e incrementar la soldabilidad.
NIQUEL
En los aceros de baja aleación aumenta la tenacidad v disminuye la templabilidad.
En los aceros inoxidables (contenidos mayores al 12% Cr) se adiciona de un 8 a
35% y retiene la fase hierro a temperatura ambiente formando los aceros
inoxidables austeníticos ; mejora la soldabilidad.
Se emplea como desoxidante , afina el grano y mejora la tenacidad ; mejora la
soldabilidad.
GASES DISUELTOS
El Hidrógeno , el Oxigeno (02) y el Nitrógeno (N) se disuelven en el acero líquido
y, si no se eliminan, generalmente producen fragilidad en el acero ya solidificado.
El efecto total de los elementos de aleación influye en el comportamiento de los
aceros al ser soldados . Por ejemplo , un acero de contenidos bajos de carbono
(hasta 0 . 10% C) tiene resistencia mecánica relativamente baja, para incrementarla
es necesario aumentar el contenido de este elemento; pero los aceros con
contenidos mayores de 0.30% C, presentan problemas de soldabilidad . Pequeñas
adiciones de Si, Mn, Cr y Mo aumentan considerablemente la resistencia
mecánica en aceros con contenido de carbono relativamente bajo (de 0.10 al
0.25%).
A) Microestructuras y Metalografia.
La estructura de los metales y las aleaciones, se estudia por la metalografia,
empleando principalmente la macroscopia óptica.
Las muestras a estudiar se pulen a espejo y atacan electro 1 íticamente o con
reactivos químicos adecuados para revelar la estructura.
Las figuras 2.14, 2.1 5, 2.16, y 2.17, muestran las microestructuras más
comúnmente halladas en los aceros.
FIGURA 2.14
Estructura: Granos de ferrita. Ataque: Nital 2% 100 x
FIGURA ' . 1 5
. Ataque: Picral 4% 1 X00 x
Estructura: Perlita laminar
FIGURA 2.16
Estructura : Martensita
. Ataque: Picral 2% 500 x
1
r
^ 1 \
'
)
'
`
i
"-;
3
t
FIGURA 2.17
Estructura : Granos de austenita . Ataque: Ácido oxálico 500 X
2.2 FENOMENOS QUE OCURREN DURANTE EL PROCESO DE
SOLDADURA.
En las operaciones de soldadura por fusión con o sin metal de aporte suceden los
siguientes fenómenos- Calentamiento local rápido de los metales (base y de aporte).
- Aparición del metal fundido que, generalmente y por lo menos en una parte,
proviene del metal base.
- Formación de una zona de metal fundido.
- Enfriamiento rápido del conjunto (metal base y soldadura).
- Gradiente de temperatura de la zona fundida adyacente
Las características de este ciclo térmico y la cantidad de metal que se funde
dependen de numerosos factores geométricos y tecnológicos e influyen en la
estructura metalúrgica, en las propiedades mecánicas y en la sanidad de la unión
soldada.
A continuación se analizan estos factores y posteriormente las consecuencias
metalúrgicas y mecánicas.
2.2.1 FACTORES QUE INFLUYEN EN EL CICLO TERMICO.
La temperatura máxima alcanzada , la extensión de la zona de metal calentado
(llamada zona afectada térmicamente ZAT), la velocidad de solidificación del
metal fundido y la velocidad de enfriamiento dependen principalmente del calor
aportado durante la soldadura , de la temperatura de precalentamiento inicial del
metal base y del espesor y la geometría de la unión.
El factor de mayor influencia es el calor aportado al soldar.
La figura 2.19 muestra una distribución típica de la temperatura en la zona
adyacente a la soldadura (con arco eléctrico) de una placa de acero de 12.7 mm. de
espesor.
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30% 2E .1
FIGURA 2.18
Relación entre las temperaturas pico alcanzadas en varias regiones de la unión
soldada y el diagrama Fe-C
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S EG UN D O
FIGURA 2.19
Distribución de temperatura en la zona afectada térmicamente
En las dos figuras anteriores puede apreciarse que la zona adyacente a la soldadura
se somete a temperaturas a las cuales ocurren transformaciones de fase.
La naturaleza de éstas puede apreciarse con ayuda del diagrama Hierro-Carbono
(figura 2.11).
En las soldaduras se distinguen tres zonas importantes:
- La soldadura en sí, (metal fundido)
- La zona afectada térmicamente (ZAT), zona adyacente a la soldadura.
- Metal base o zona que fue calentada de manera reciente para producir cambios
estructurales.
La soldadura presenta una estructura de grano fino, generalmente columnar y
similar a las estructuras típicas de fundición por lo que es menos dúctil, más dura
y resistente que el metal base.
La ZAT varía dependiendo de la composición química, las fases presentes del
proceso de soldadura empleado y del proceso de fabricación del metal base.
- En los metales relativamente puros o en aleaciones en solución sólida sin
transformaciones alotrópicas, generalmente se aprecia un crecimiento o una
disminución en el tamaño de grano (dependiendo del tamaño de éste, la
temperatura alcanzada y el grado de deformación). En las zonas de crecimiento
de grano, las propiedades mecánicas son inferiores que en el metal base y la
soldadura.
- Las piezas de fundición generalmente no son susceptibles al crecimiento de
grano cuando se sueldan.
- En las aleaciones en las que se presentan transformaciones alotrópicas , como en
el caso de los aceros , las diferentes estructuras que se pueden encontrar en la
ZAT son tres:
A) La parte calentada arriba de la temperatura (723° a 910° C) puede llegar a
formar grano grueso.
B) La parte calentada justo abajo de la temperatura crítica puede llegar a
presentar el grano fino.
C) La parte calentada abajo de la temperatura crítica disminuye su dureza.
En las aleaciones eutécticas la ZAT muestra un cambio gradual de estructura
cuando la unión es sometida a tratamiento térmico posterior a la soldadura.
En los metales trabajados en frío la ZAT sufre una recristalización y crecimiento
de grano, lo que provoca una disminución de propiedades mecánicas, ya que éstas
corresponden más bien a un material recocido y no a uno deformado en frío.
El calor aportado se calcula por la siguiente fórmula:
Joules _ E (Volts) x I (amperes) x 60 (ciclos/s)
m V (Velocidad del eléctrodo m/min.)
En términos generales, al aumentar el calor aportado y la temperatura de
precalentamiento , se incrementan la extensión de la ZAT y la temperatura
alcanzada y se disminuyen la velocidad de solidificación v el enfriamiento.
Asimismo, al aumentar el espesor del metal base, se incremento la velocidad de
enfriamiento.
FIGURA 2.20
Representación esquemática de soldadura con ZAT en la aleación de Cu-Ni-Al y
en un acero, (Metal base deformado en frío).
(A) Metal deformado en frío (granos alargados).
(B) Recristalización (granos equiáxicos) y
(C) Metal de aporte (granos columnares)
2.2.2 EL CICLO TERMICO Y SU EFECTO METALÚRGICO.
Las características del ciclo térmico, principalmente la velocidad de solidificación
del metal de aporte y la velocidad de enfriamiento del conjunto, influyen en la
estructura metalúrgica, la cual altera las propiedades mecánicas.
Algunos de los efectos del ciclo térmico durante la soldadura son:
- Los esfuerzos residuales del calentamiento localizado, que pueden provocar
deformaciones y distorsiones.
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ICCz:
FIGURA 2.21
Estructuras presentes en las tres zonas (soldadura, ZAT y metal base) de una
unión soldada de acero al carbono
B-34
- Una reducción de la ductilidad (endurecimiento) en la zona afectada
térmicamente, que puede provocar agrietamiento o fragilización de la unión
soldada.
- Se reduce la tenacidad de la junta , principalmente en la ZAT.
- Se disminuye la resistencia mecánica en la ZAT, sobre todo en materiales
endurecidos por deformación en frío y en materiales templados o revenidos.
Estos efectos pueden ser de mayor o menor intensidad, dependiendo del material
que se suelde y de las velocidades de solidificación y de enfriamiento de la unión
soldada.
El tiempo de solidificación afecta directamente la estructura del metal de aporte.
A mayor tiempo de solidificación, la estructura dendrítica es más gruesa. Esto es
importante pues en la mayoría de los metales y la resistencia mecánica, la
ductilidad, la tenacidad y la respuesta al tratamiento térmico se ven afectadas
desfavorablemente por una estructura dendrítica gruesa.
Por otra parte, la velocidad de enfriamiento influye en aspectos tales como el
crecimiento de grano y en las transformaciones de fase, especialmente cuando se
trata de aceros tratables térmicamente.
2.2.3 FENOMENOS METALURGICOS DURANTE LA SOLDADURA.
Al solidificar el metal fundido de la unión soldada, sus átomos se enlazan a la
estructura cristalina del metal base y a partir de la entercara sólido-líquido se
inicia la nucleación y crecimiento de cristales dendríticos.
La figura 2.22 ilustra la solidificación de una unión soldada.
i=.
1) Molde imaginario
2) Iniciación del cristal
3) Grano sólido
4) Bordes de grano
Figura 2.22
Solidificación de una unión soldada:
(A) formación inicial de los cristales
(B) crecimiento de cristales al continuar la solidificación v
(C) solidificación completa
El enfriamiento posterior para el caso de los aceros se ilustra en la figura 2.18 en
la que se indica la aleación entre la distribución de la temperatura y algunos
puntos de interés del diagrama hierro carbono.
B-36
2.2.4 CAMBIOS DIMENSIONALES
Los cambios de temperatura que ocurren durante la soldadura son rápidos,
localizados y heterogéneos. Las diferentes regiones de una unión soldada se
calientan y enfrían a temperaturas y velocidades diferentes y cada región expande
y contrae a su propia velocidad.
Debido a esta falta de uniformidad en expansiones y contracciones, se presentan
esfuerzos mecánicos en la unión soldada. Estos esfuerzos residuales pueden ser lo
suficientemente severos para producir deformaciones y aún fracturas en la unión
soldada.
Los metales, al ser calentados o enfriados sufren tres formas básicas de cambios
dimensiónales: expansión (y contracción) térmica, contracción durante la
solidificación y cambios dimensiónales por transformaciones de fase.
2.2.4.1 EXPANSION TERMICA
Casi todos los materiales se expanden al calentarse.
La expansión volumétrica se describe más comúnmente en términos lineales, más
convenientes para fines de medición y fáciles de expresar. La cantidad de
expansión (L) puede calcularse con las siguientes fórmulas:
AL= Loa ATóLf=Lo(l+a(AT)
Donde:
AL = Cambio de longitud de una pieza (cm)
Lo = Longitud inicial de la pieza (cm)
a = Coeficiente de expansión térmica (cm /cm /° C)
AT = Incremento de temperatura
Lf = Longitud fmal de la pieza (cm)
Esta ecuación es sólo valida dentro de un límite de temperaturas y mientras no
haya cambios de fase o de estado.
2.2.4.2 CAMBIO DE VOLUMEN DURANTE LA FUSION Y LA
SOLIDIFICACION
Esto se debe a que se involucran cambios de fase en el paso del estado líquido al
sólido, originando una disminución de la distancia de separación atómica.
2.2.4.3 CAMBIOS DIMENSIONALES POR TRANSFORMACIÓN
DE FASE
Cuando ocurre una transformación de fase en una aleación generalmente asocia un
cambio de volumen . Este cambio se debe a que el empaquetamiento de los
átomos, cambios de una estructura cristalina a otra. El hierro, al cambiar de la
fase a (estructura cúbica centrada en las caras) a la fase a (cúbica centrada en el
cuerpo) presenta aumento de volumen. También hay un incremento de volumen
(aproximadamente de 4.3%) asociado con la transformación de austenita a
martensita a
A) DISTANCIA B) DISTANCIA
C) DISTANCIA
FIGURA 2.23
Causas y formas básicas de cambios dimensiónales durante la soldadura (acero
ideal).
NOTAS DE LA FIGURA 2-23A) El grado con que ocurre expansión o contracción es una función de la
temperatura y se expresa por el COEFICIENTE DE EXPANSION TERMICA
B) Ocurre en los metales durante su solidificación por un acomodo atómico y
reducción en las distancias atómicas, agrupándose en forma ordenada en todas
direcciones, produciendo un sólido cristalino.
C) Al llegar a la temperatura crítica de transformación ocurre una contracción (no
en todos los metales , depende de las direcciones de los cristales).
Algunos factores que tienen influencia en los esfuerzos residuales son:
- Diferencia de coeficiente de expansión térmica al unir metales diferentes. La
diferencia en las variaciones de expansión térmica incremento los esfuerzos
residuales (por ejemplo Acero al Carbono y Acero austenítico).
- Calor aportado. El aumentar la temperatura puede incrementar los esfuerzos
residuales, ya que la unión se ve sometida a mayores cambios térmicos.
- Precalentamiento. Este provoca que la variación de temperaturas y cambios
dimensiónales de expansión y contracción del metal base sean menores, evitando
expansiones residuales excesivas en el metal de aporte que se está enfriando
desde el estado líquido, reduciéndose así los esfuerzos por contracción.
Los esfuerzos residuales provocan distorsión y deformación, pudiendo provocar
fracturas en la unión soldada y afectar propiedades tales como resistencia al
impacto, tenacidad y resistencia mecánica a bajas temperaturas, por lo anterior es
recomendable eliminar o por lo menos minimizar estos esfuerzos. Los
tratamientos térmicos posteriores a la soldadura que se emplean son dos y se
revisarán posteriormente.
Las grietas durante la soldadura se producen por razones tales como.- Sección transversal de metal depositado insuficiente para resistir los esfuerzos
mecánicos.
- El metal depositado no tiene la ductilidad adecuada para soportar los esfuerzos.
- La absorción de hidrógeno en metales base de acero templable.
- La baja ductilidad del metal al ser sometido a altas temperaturas.
- La facilidad de absorción de H2 del metal base a bajas temperaturas (110° C),
provocando fragilidad en la unión soldada.
- La contaminación de la soldadura , ya sea por el fundente o por absorción de
hidrógeno.
- Un brusco enfriamiento al terminar de aplicar la soldadura ; surgen grietas por
esfuerzos de contracción.
- Al introducir un calor excesivo al soldar , provocando una elevada concentración
de esfuerzos.
Hay algunas reglas generales cuya aplicación ayuda a eliminar el agrietamiento
durante la soldadura.
- Usar metal de aporte dúctil.
- Evitar esfuerzos residuales excesivos.
- Utilizar materiales de baja aleación y de bajo contenido de carbono.
- Reducir la velocidad de enfriamiento , mediante un precalentamiento del metal
base en la zona a soldar.
2.2.4.4 CAMBIOS EN LA COMPOSICION QU MICA DEL METAL DE
APORTE
Los elementos de aleación del metal de aporte se diluyen durante la soldadura. La
composición química especificada para metales de aporte , es aplicable para el
metal antes de depositarlo.
Durante la soldadura el metal fundido puede absorber hidrógeno , oxígeno,
nitrógeno o carbono , ya sea del aire , de la humedad del ambiente , de la flama del
soplete del proceso oxiacetilénico , o de materiales contaminados con óxidos o
grasas y aceites. Esta contaminación debe evitarse cubriendo a la soldadura con
atmósferas protectoras de gas inerte, por la adición de desoxidantes en el metal de
aporte, empleando recubrimientos (en los electrodos) que proporcionen atmósferas
protectoras, capas de fundente o escorias protectoras, mediante flamas neutras (en
soldadura oxiacetilénica) y limpiando adecuadamente las superficies a
soldar.
Soldar a la temperatura más baja posible,
Remover escorias de soldadura,
Seleccionar posición adecuada para soldar y obtener una alta velocidad de
deposición.
Selección de un buen electrodo para soldar ranuras de acuerdo al espesor
determinado.
2.3 PRINCIPIOS METALÚRGICOS APLICADOS A LA PRACTICA DE
SOLDADURA
2.3.1 SOLDABILIDAD
La soldabilidad puede considerarse como una propiedad metalúrgica. Esta
propiedad es muy difi cil de evaluar debido a las muchas consideraciones que se
tienen que hacer para determinar "qué tan soldable es un metal". Considérense
algunas definiciones de soldabilidad:
American Welding Society (AWS) define la soldabilidad como "la capacidad de
un material para soldarse bajo condiciones de fabricación impuestas en una
estructura específica adecuadamente diseñada, cumpliendo satisfactoriamente con
el servicio al que se destina".
Una definición más práctica es la siguiente: Soldabilidad es "la facilidad con la
que se puede realizar una unión soldada satisfactoriamente, presentando
propiedades fisicas, químicas y mecánicas similares al metal base".
Un material soldable se puede definir como "material que puede soldarse; de tal
manera que la unión resultante sea igual a éste en todos los aspectos, incluyendo
propiedades fisicas y mecánicas, además de composición química v estructura".
La última es una definición de un material IDEALMENTE soldable, pero sirve
para ilustrar aspectos característicos de la soldabilidad . En la realidad sucede que
piezas metálicas de la misma composición química, o incluso correspondiente a la
misma especificación v clase , pueden tener propiedades fisicas v mecánicas
diferentes . Estas diferencias se deben a cambios estructurales por segregación o a
los diferentes tratamientos térmicos sufridos por las piezas.
La soldabilidad de un metal debe juzgarse independientemente de factores de
diseño y se da por cierto que se cumplen las siguientes condiciones:
- El material a soldarse es adecuado para la aplicación a la que se va a someter.
- El diseño de. la unión es adecuado para la aplicación deseada.
Después de estas suposiciones , debe considerarse la unión a soldar del metal en
cuestión: es deseable que esta unión tenga ductilidad , tenacidad, resistencia
mecánica a la fatiga y a la corrosión , que sean uniformes en toda la extensión de la
unión abarcando la zona del metal aportado y la ZAT.
En la práctica, una aceptable uniformidad de estas propiedades se consigue
mediante la selección de metales de aporte , procesos y procedimientos técnicos de
soldadura apropiados para cada aplicación específica.
Al soldar un metal , además de las diferencias estructurales entre el metal base, el
metal depositado y la ZAT , pueden ocurrir dos tipos de problemas:
- Agrietamiento en caliente en la ZAT, provocado por absorción de hidrógeno;
ocurre durante la operación de soldadura o inmediatamente después de ésta.
- Fallas en la zona de metal depositado o en la ZAT durante la vida en servicio de
la unión soldada.
Estas pueden ser por cualquier clase de defectos que reduzcan la eficiencia de la
unión bajo las condiciones de servicio (por ejemplo , un metal base laminado en
frío cuya resistencia mecánica en la ZAT se ve disminuida debido a la
recristalización de granos durante la soldadura).
Estos problemas están asociados con la soldabilidad. Los dos factores más
importantes que afectan la soldabilidad, son la penetración del temple
(templabilidad) y la susceptibilidad al agrietamiento que presente la zona
templada. Ambas factores se ven favorecidos por los elementos de aleación del
metal base.
2.3.2 CARBONO EQUIVALENTE (CE)
En general, los elementos de aleación aumentan la templabilidad y la tendencia al
agrietamiento, pero hay un efecto favorable en el hecho que algunos de ellos
incrementan sensiblemente la templabilidad y de manera insignificante la
tendencia al agrietamiento. Esto se debe a que se reduce la velocidad crítica de
enfriamiento v la temperatura de transformación austenita-martensita,
favoreciéndose la formación de bainita más que la formación de martensita,
asociada ésta última con la tendencia al agrietamiento.
El efecto total de los elementos de aleación en este sentido puede evaluarse
mediante el carbono equivalente de un acero dado.
Se han desarrollado varias fórmulas para calcular el carbono equivalente, una de
éstas es la siguiente:
CE = %C+Mn + % Mo + %Cr + %Ni + %V
6 4 5 15 15
La gráfica siguiente indica la relación entre el carbono equivalente y los
tratamientos térmicos requeridos en función del espesor del metal.
A.- No se requieren pre ni poscalentamiento
B.- Se requiere recalentamiento
C.- Se requiere pre y poscalentamiento
Como se indicó anteriormente, la soldabilidad principalmente de la templabilidad
v de la tendencia al agrietamiento de la zona templada y éstas a su vez dependen
de muchos factores (como la composición química y el espesor del metal base,
velocidad de enfriamiento, procesos de soldadura, etc.). Sin embargo, se pueden
recomendar ciertas precauciones que ayuden a obtener soldaduras satisfactorias en
ciertos tipos de aceros de construcción. Para este fin, estos aceros se clasifican en
cinco grupos atendiendo a su templabilidad y la naturaleza de la zona templada. A
continuación se indican las precauciones pertinentes en cada grupo de estos
aceros:
TIPO DE ACERO
1. Acero suave de bajo carbono
no templable
2. Aceros poco templables de baja
tendencia al agrietamiento cuando se
templan o aceros de baja aleación con
CE<0.20%
3. Aceros poco templables con
tendencia al agrietamiento al
endurecerse. Normalmente aceros al
manganeso (C < 0.25 % y Mn < 1.0
%)
4. Aceros muy templables con
alta tenacidad al agrietamiento al ser
endurecidos (incluida la mayoría de
los aceros de baja aleación y alta
resistencia) generalmente con los
siguientes límites de composición:
0.15% C, 1.5% Mn, 1.5% Ni, 0.25%
C, 0.25% Mo, 0.20% V.
5. Aceros muy templables con
alta tendencia al agrietamiento de
(aceros de
la zona templada
baja aleación con contenido de
carbono menores a 0.25%).
PRECAUCIONES PARA SOLDAR
1. No requiere precauciones
extraordinarias cuando se trata de
espesores menores a 25-30 mm. No
es necesario el precalentamiento,
puede usarse metal de aporte de bajo
hidrógeno
2. Usar procesos y metales de
aporte de bajo hidrógeno, y
precalentar y aumentar el calor
aportado para espesores gruesos
(mayores a 25-30 mm)
3. Recomendable (pero no es
esencial) el empleo de proceso de
bajo hidrógeno . Alto aporte de calor y
precalentamiento (de 250-350 ° C)
para espesores mayores de 25-30 mm.
4. Emplear procesos de bajo
hidrógeno y alto calor aportado.
Precalentar y mantener temperatura
Incrementar el
entre cordones .
precalentamiento al incrementar el
espesor.
5. Emplear procesos de bajo
Temperaturas de
hidrógeno .
precalentamiento y entre cordones, de
150-250° C.
Dar tratamiento térmico posterior a la
soldadura.
B-45
2.3.3 PRECALENTAMIENTO Y TEMPERATURA ENTRE CORDONES
Anteriormente se consideró cómo influye la temperatura inicial de los metales al
soldar en la velocidad de enfriamiento, en la estructura de la unión soldada y en
sus propiedades.
El precalentamiento es un calentamiento a que se somete el metal base
exactamente antes de soldarse y puede variar desde la temperatura ambiente
(aproximadamente 26° C) cuando se suelda en climas helados hasta unos 350° C
para el caso de aceros muy templables.
La temperatura entre cordones es aquella que se mantiene entre un cordón de
soldadura y otro.
Ambos intervalos de temperatura se especifican en los códigos que rigen las
aplicaciones especificas de soldadura. A continuación se citan algunos:
CODIGO
ASME
SECCION O PARTE
VIII, DIV. 1
ASME
ANSI
ANSI
D 1.1
B 31.1 &B 31.3
Code for pressure Piping.
CAPITULO
SUBSECCION B. PARTE UW;
SUBSECCION C.
4. TECNICA_ TABLA 4.2
2.3.4 TRATAMIENTOS TERMICOS POSTERIORES A LA SOLDADURA
Posteriormente a la soldadura , el tratamiento térmico más ampliamente empleado
es el alivio de esfuerzos, que tiene por objeto eliminar los esfuerzos residuales
producidos durante la soldadura restaurando propiedades tales como tenacidad,
ductilidad y resistencia mecánica a temperaturas bajas (menos de 0° C) .
Este tratamiento térmico se define como: el calentamiento uniforme de una
estructura o componente, manteniendo la temperatura durante un periodo
predeterminado v finalmente un enfriamiento uniforme. La temperatura máxima
uniforme es critica, va que el calentamiento a temperaturas mayores puede
provocar cambios estructurales que afectarían las propiedades mecánicas y podría
causarse distorsión o deformación de la pieza tratada.
Las temperaturas de alivio de esfuerzo varían de 590° a 820° C aproximadamente
y dependen principalmente de la composición química del material soldado. Estas
temperaturas también están especificadas por los códigos que rigen aplicaciones
especificas de soldadura. A continuación se citan algunos:
CODIGO
ASME
SECCION O PARTE
VIII, DIV.
AWS
ANSI
D I.I.
B31. 1 &B31.3
ANSI
Code for Pressure Piping.
CAPITULO
SUBSECCION B PARTE UW,
SUBSECCION C.
4. TECNICA. ARTICULO 4. 4
Los tratamientos térmicos más comunes que se aplican a los aceros (en la industria
en general) son:
- Recocido (calentamiento seguido de enfriamiento lento , generalmente en el
horno).
- Normalizado (calentamiento y enfriamiento en aire quieto).
- Temple (calentamiento y enfriamiento brusco en aire , aceite o agua).
- Revenido ( calentamiento de aceros templados para recuperar tenacidad).
Las temperaturas típicas a las que se efectúan estos tratamientos vienen indicadas
en el diagrama Fe-C (Fig. 2.11).
2.4 CLASIFICACION Y DESIGNACION DE LOS ACEROS
Los aceros se clasifican en base a algunas características comunes . Existen
muchos sistemas de clasificación , pero los principales se hacen en base a la
composición química, a los métodos de acabado (aceros laminados en frío o en
caliente ) y en base a la forma del producto (barras, placas, tubos y perfiles
estructurales ) . Ver tabla 2. 1.
Existen otras clasificaciones, por ejemplo aceros más comerciales. Los aceros
planos al carbono (C) se clasifican de acuerdo al contenido de ese elemento.
Aceros al
carbono
L
bajo carbono: (hasta 0.30% C)
Medio carbono: (de 0.30 a 0.50% C)
Alto carbono: (de 0.50 hasta 1.3% C)
al Manganeso
al Cromo-Níquel
al Molibdeno
grado maquinaria
grado estructural
aceros para
nitruración
ACEROS
Inoxidables
al Cromo-Molibdeno
al Cromo-Níquel-Molibdeno
al cromo
al Cromo-Vanadio
al Níquel
al Níquel-Molibdeno
al Tungsteno-Cromo
al Cromo-Níquel-Manganeso
al Cromo-Níquel
L Al Cromo
aceros
herramienta
Resistentes al Impacto
Para trabajo en frío
Para trabajo en caliente
Alta velocidad
Aceros para moldes
B-48
Tabla 2.1
Clasificación de los aceros de acuerdo a su composición química y a sus
condiciones de uso
%C
NOMBRE COMÚN
j Acero bajo carbono 1 0.15 % máx.
0.15 - 0.30 %
Acero suave o dulce
Acero medio carbono 0.30 - 0.50 %
Acero alto carbono 1 0.50 - 1.00 %
USOS TÍPICOS
Electrodos de soldadura, placa, lámina
y barra.
Partes estructurales, placa y barra.
Partes de maq uinaria.
Resortes, rieles de FFCC, dados
matrices.
TABLA 2.2
La mayoría de los aceros de baja aleación están incluidos en la siguiente división:
a) Aceros de alta resistencia y baja aleación (calidad estructural o calidad
recipiente a presión).
b) Aceros automotrices y para maquinaria.
c) Aceros para servicios a baja temperatura.
d) Aceros para servicios a temperaturas elevadas.
Los siguientes términos se emplean para clasificar los productos de acero y dentro
de la industria del acero tiene aplicación muy específica:
Grado: Se emplea para indicar composición química.
Tipo: Indica la práctica de desoxidación empleada o algún tratamiento
térmico especifico.
Clase: Describe algún atributo especifico, nivel de resistencia por ejemplo.
Designación: Es la identificación especifica de cada grado, tipo, o clase de acero
por medio de números, letras, símbolos, nombres o una combinación de éstos que
definen un acero particular.
DESIGNACIONES AISI/SAE
El sistema de designación de aceros al carbono y aleados de mayor uso es el de
American Iron and Steel Institute (AISI) y la Society for Automotive Engineers
(SAE). Estos sistemas de designación están basados en la composición química;
las designaciones AISI (que desde un punto de vista técnico son idénticas a las
designaciones SAE) son prácticas normalizadas, no especificaciones. Las de SAE
tampoco son especifi caciones sino designaciones normalizadas.
En las designaciones AISI/SAE, los aceros se describen empleando un número
formado por cuatro (o cinco) dígitos . Los dos primeros se refieren al contenido
aproximado de aleante y los dos últimos al contenido de carbono (expresado en
centésimos de porcentaje ). Ver Tabla 2.3.
DESIGNACIÓN
CONTENIDO NOMINAL DE ALEANTE
TIPO DE ACERO
10 xx Aceros planos al carbono (1.00 % máx.)
Aceros al carbono
11 xx
Aceros resulfurados
12 xx
Aceros resulfurados y resforforados
I5xx 1 1.00 - 1. 65 % Mn
Aceros al Manganeso
13 xx
Mn 1.75
23 xx
Aceros al Níquel
Ni 3.50
2 5xx
Ni 5.00
31 xx
Ni 1.251 Cr 0.065 y 0.80
Aceros al Níquel 32 xx
Ni 1.75 / Cr 1.07
33 xx
Cromo
Ni 3.50 / Cr 1.50 t 1.57 (Alto Níquel)
34xx
Ni3.00/Cr0.77
40 xx
Aceros al Molibdeno
Mo 0.20 y 0.25
44xx
Mo0.40y0.52
41 xx
Cr 0.50, 0.80 y 0.95 / M
.o ).12, 0.20, 0.25 Aceros al Cromoy 0.30
Molibdeno
j43xx
Ni 1.82 / Cr 0.50 v 0.80 / Mo 0.25
43 BV xx
Ni 1.82 / Cr 0.50 / Ivlo 0.12 v 0.25 / V Aceros al Cromo0.03 min.
Níquel molibdeno
17xx
Ni 105/Cr0As Mo0-10 0^5
DESIGNACION
TIPO DE ACERO Y CONTENIDO
NOMINAL DE ALEANTE EN %
TIPO DE ACERO
Ni 0.30 / Cr 0.40 / Mo 0. 12
Ni 0.55 / Cr 0.50 / Mo 0.20
Ni0.55/Cr0.50/Mo0.25
Ni 0.55 / Cr 0.50 / Mo 0.35 ( Aceros al Cromo88xx
Níquel Molibdeno
Ni 3.25 / Cr 1.20 / Mo 0.12
93 xx
94xx ( Ni0.45/Cr0.40/Mo0.12
Ni 0.55 / Cr 0.20 / Mo 0.20
97 xx
Ni 1.00 / Cr 0.80 / Mo 0.25
198 xx
Aceros al Níquel Ni 0.85 y 1.82 / Mo 0.20 y 0.25
46 xx
Ni 3.50 / Mo 0.25 ! Molibdeno
48 xx
81 xx
86xx
87xx
50 xY
51 xx
'50 xxx
51 xxx
52 xxx
61 xx
72 xx
92 xx
9 xx
Xx B xx
Xx L xx
Cr 0.27 , 0.40. 0.50 y 0.65
Cr 0.80, 0.87; 0.92, 0.95, 1.00 y 1.05
Aceros al Cromo
Cr 0.50
Cr 1.02 C 1.00 min.
Cr 1.45
Cr 0.60, 0.80 y 0.95 / V 0.10 y 0.15 Aceros al Cromo Vanadio
min.
Aceros al Tungsteno
W 1.75 / Cr 0.75
Cromo
v
Aceros al Silicio Si 1.40 y 2.00 / Mn 0.65, 0.82 y 0.85 P Aceros
Manganeso
Cr 0.00 y 0. 65
Aceros de alta
Varios grados SAE
resistencia baja aleación
Aceros al Boro
B denota Boro
Aceros al Plomo
L denota Plomo
ACEROS GRADO HERRAMIENTA
DESIGNACIÓN
1 wx
SX
OX
AX
DX
IX
TX
MX
LX
FX
PX
TIPO DE ACERO
Temple al agua
Resistente al choque
Temple en aceite
Temple al aire
Alto carbono - alto cromo
Trabajo en caliente
Aceros rápidos (base tungsteno)
'Aceros rápidos (base molibdeno)
Propósitos especiales
1 Carbono - tungsteno
Moldes
Tabla 2.3
Designación AISI / SAE para aceros al carbono y de baja aleación . Aceros grado
herramienta.
DESIGNACIÓN CLASES
2 acc Acero al cromo-níquel-manganeso, austenítico, no templable,
no magnético.
3 x ¡ Aceros al cromo-níquel, no templabes, austeníticos y no
magnéticos.
4 Yac Aceros al cromo, no templables, ferriticos y magnéticos.
4 x Aceros al cromo, templables, martensíticos y magnéticos.
5 Yac Aceros al cromo bajo cromo v resistentes al calor.
6 xx Aceros de endurecimiento por precipición, martensíticos o
austeníticos.
Tabla 2.4
ESPECIFICACIONES. Son documentos que indican los atributos que los aceros
deben poseer para adecuarse a:
(a) Las aplicaciones particulares determinadas por necesidades de proceso y
fabricación, y
(b) A los requisitos de ingeniería y servicio.
ESPECIFICACIONES NORMALIZADAS. Son documentos que describen un
producto aceptable para una gran variedad de aplicaciones y que pueden
producirse por muchos fabricantes. Las especificaciones normalizadas más
completas y más ampliamente usadas son las de la American Society for Testing
and Materials (ASTM), y representan un consenso entre productores , entidades
que emiten especificaciones , fabricantes v usuarios de productos de acero.
Para identificar y describir completamente productos de acero es necesario indicar
el número de especificación ASTM y el tipo, grado o clase correspondientes.
Algunas especificaciones ASTM incorporan , a manera de referencia,
especificaciones de métodos de ensayo y requisitos generales (por ejemplo A-370
y A-29). La ASTM tiene especificaciones aplicables a productos específicos
(como la A-574) y especificaciones genéricas (como la A-29).
En muchos casos , las dimensiones, tolerancias, límites y restricciones de las
especificaciones ASTM son las mismas que las correspondientes a las prácticas
normalizadas AISI. Muchas de las especificaciones ASTM han sido adoptadas por
la American Society of Mechanical Engineers (ASME).
Algunas especificaciones ASTM (designadas para barras, alambres y palanquillas
para forja, y en algunos casos láminas normales ) incorporan designaciones AISI
/SAE, pero las especificaciones ASTM para placas y perfiles estructurales
generalmente especifican solamente límites de composición química sin las
designaciones AISI / SAE.
La ASTM ha emitido especificaciones para placas (calidad estructural o calidad
recipiente a presión) y perfiles estructurales de aceros cuya composición nominal
no tiene equivalente en las asignaciones AISI/SAE. Considerándose los dos
ejemplos siguientes:
- Especificación ASTM A-200, grado T22 para tubos sin costura en calentadores
de fuego directo en refinerías.
La composición química es la siguiente:
C-0.15% máx.
Mn-0.30% - 0.60%
Si-0.50% máx.
Cr-1.90% - 2.60%
Mo-0.87-1.13%
P -0.030% máx.
S -0.030% máx.
La composición nominal es 21/4 cromo - 1 molibdeno
- Especificación ASTM A-387 grado 2 1 para placas de recipientes a presión.
La composición química es la siguiente:
C-0.15% máx.
Mn-0.30 -0.60%
Si-0.50% máx .
Cr-2.75 - 325%
Mo-0.90 - 1.10%
P -0.035% máx.
S -0.035% máx.
La composición nominal es 3 cromo - molibdeno
FACTORES QUE INFLUYEN EN EL CICLO TÉRMICO
ZONA AFECTADA TÉRMICAMENTE (ZAT)
V ; METAL DE SOLDADURA
Z.A.T.
Figura 2.24
SOLDADURA EN CORDONES
Figura 2.25
Mientras mayor sea el espesor de la placa, menor será la rapidez de enfriamiento
porque se necesitan más cordones. Para comprender esto, existen gráficas que
relacionan la rapidez de enfriamiento a partir de la colocación del primer cordón
de soldadura hasta el último.
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APORTE DE ENERGÍA (KILOJOULES / pulg )
Influencia de la energía del arco sobre la rapidez de enfriamiento de la ZAT.
En la rapidez de enfriamiento también influye la geometría de la pieza, ya que
tendrá menor velocidad de enfriamiento una unión de filete que una unión a tope;
como lo muestra la siguiente figura:
JiJ fue,.. .y
e
Figura 2.26
B-56
CAPITULO M
PAGINA
INTRODUCCIÓN
C-3
3.1 SOLDADURA POR ARCO CON ELECTRODO
METÁLICO RECUBIERTO C - 5
3.2
3.3
3.3
3.1.1 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO
C-5
3.1.2 EQUIPO
C-6
3.1.3 CARACTERÍSTICAS Y APLICACIONES DE
SOLDADURA
C-7
PROCESO DE SOLDADURA POR ARCO
SUMERGIDO
C-9
3.2.1. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO
C-9
3.2.2 EQUIPO
C-11
3.2.3. CARACTERÍSTICAS Y APLICACIONES DE
SOLDADURA
C-13
SOLDADURA POR ARCO CON ALAMBRE
CONTINUO PROTEGIDO CON GAS
C-14
3.3.1. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO
C- 14
3.3.2. EQUIPO
C- 16
3.3.3. CARACTERÍSTICAS Y APLICACIONES DE
SOLDADURA
C- 18
PROCESO DE SOLDADURA POR ARCO CON
ELECTRODO TUBULAR CONTINUO CON
NÚCLEO DE FU DENTE
C- 19
3.4.1
EQUIPO
C-20
3.4.2. CARACTERÍSTICAS Y APLICACIONES DE
SOLDADURA
C-22
CAPITULO III PAGINA
3.5
PROCESO DE SOLDADURA POR ARCO CON
ELECTRODO DE TUNGSTENO PROTEGIDO
CON GAS C -
24
3.5.1. DESCRIPCIÓN GENERAL C - 24
3.5.2. EQUIPO C-25
3.5.3. CARACTERÍSTICAS Y APLICACIONES DE
SOLDADURA
C-28
3.6 SOLDADURA OXIACETILÉNICA C - 30
C-30
3.6.1. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO
3.6.2.
EQUIPO C
-
30
3.6.3. CARACTERÍSTICAS Y APLICACIONES DE
SOLDADURA
C-33
INTRODUCCIÓN A LOS PROCESOS DE SOLDADURA
INTRODUCCIÓN
En este capítulo se hace una revisión de los procesos de soldadura más comúnmente
empleados. Esta revisión se aborda desde el punto de vista que conviene a la
inspección de soldadura, atendiendo a los fundamentos, equipo empleado y
diferencias en cada uno de los procesos, así como a los métodos de aplicación, las
discontinuidades comunes a todos los procesos y las especificaciones de cada uno.
Se pone atención especial a las características de cada proceso que puedan influir en
la calidad de la soldadura o que son importantes desde el punto de vista de la
calificación de procedimientos de soldadura y de la habilidad de los soldadores y
operadores de equipo de soldadura.
Existe una variedad muy amplia de procesos de soldadura. Para tener un panorama
general de los procesos existentes y ubicar los que se estudian en este capítulo, en la
Figura 3.3. se presenta una carta maestra de procesos.
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GURA 3.1
Carta maestra de Procesos de Soldadura
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3.1. SOLDADURA POR ARCO CON ELECTRODO METÁLICO
RECUBIERTO.
(SHIELDED METAL ARC WELDING; SMAW).
3.1.1 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO
Es un proceso de soldadura por arco, en el que se produce la coalescencia de los
metales debido al calentamiento de éstos, producido por un arco eléctrico entre un
electrodo metálico recubierto y la pieza de trabajo. La protección se obtiene por la
descomposición del revestimiento del electrodo. No se usa presión y el metal de
aporte se obtiene del electrodo.
El núcleo de alambre del electrodo en este proceso, tiene varias funciones
importantes: establecer el arco y suministrar el metal de aporte para el depósito de
soldadura. Ver figura 3.2.
El revestimiento del electrodo, conocido como fundente, también tiene funciones
especiales que son:
- Proporcionar un gas que protege el arco de la contaminación atmosférica (aire,
humedad, etc).
- Proporcionar agentes limpiadores, desoxidantes y fundentes para la limpieza de la
soldadura líquida, y previene el crecimiento excesivo del grano.
- Establecer las características eléctricas del electrodo; esto significa que el
recubrimiento determina, si debe ser usado con corriente alterna o corriente directa
y con que tipo de polaridad.
- Proporciona una capa de escoria que protege el cordón, de enfriamientos bruscos y
controla la velocidad de enfriamiento.
- Constituir una vía de adición de elementos de aleación. (que incremento la
resistencia mecánica de la soldadura).
El proceso de soldadura por arco con electrodo metálico recubierto, es usado
extensamente en fabricaciones industriales, montajes de acero estructural (edificios,
puentes), carros tanque, tolvas, etc.
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FIGURA 3.2
Proceso de soldadura por arco con electrodo metálico recubierto.
3.3.1 EQUIPO
El proceso de soldadura por arco con electrodo metálico recubierto (SMAW) es
operado generalmente de forma manual , pero puede ser automatizado adaptando un
alimentador de electrodos.
El equipo básico consiste de una fuente de energía , cables, porta-electrodo, grapa
para conexión a tierra y el electrodo . Ver figura 3.3.
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FIGURA 3. 3.
Equipo para el proceso de soldadura por arco con electrodo metálico recubierto.
El suministro de energía; puede ser de comente alterna o comente directa electrodo
negativo (polaridad directa), a corriente directa electrodo positivo (polaridad
invertida), dependiendo del trabajo requerido. Esto es, si conectamos el electrodo al
borne negativo de la fuente y la pieza de trabajo al positivo, decimos que se tiene
"polaridad directa".
Cuando conectamos el electrodo al borne positivo de la fuente y la pieza de trabajo al
negativo decimos que se tiene "polaridad invertida.
El suministro de energía con corriente directa, se prefiere con frecuencia porque es
más versátil.
3.1.3. CARACTERISTÍCAS Y APLICACIONES DE SOLDADURA
Para el inspector de soldadura es importante considerar que este proceso tiene
muchas variables. Por ejemplo, puede ser usado en una amplia variedad de uniones,
puede ser empleado en todas las posiciones, y para soldar una gran variedad de
combinaciones posibles de metal base y de aporte, para aplicar recubrimientos.
Este proceso tiene la capacidad para soldar espesores de metal base en un intervalo
de 1 a 200 mm. (1/ 32 a 811") aproximadamente, dependiendo de los requisitos y
técnicas sobre control de distorsión y calor. El control de calor aportado durante la
soldadura es un factor importante en algunos materiales, tales como los acero
templados y revenidos, los endurecidos por precipitación, algunos aceros inoxidables
y los aceros de baja aleación que contienen Molibdeno.
Cuando en un acero se requiere controlar el calor aportado durante la soldadura, y
este control es inadecuado puede causarse agrietamiento o en el caso de aceros
inoxidables puede provocarse la pérdida en las propiedades principales del metal
base (la resistencia a la corrosión).
La velocidad de fusión del electrodo es uno de los factores determinantes en la
selección de proceso por el ingeniero en soldadura. Esta velocidad de fusión es una
medición llamada "relación de depósito" la cual varía de 1.13 - 5.5 kg / hr (2.5 -12
lb / hr) para este proceso, dependiendo del electrodo seleccionado.
El proceso de soldadura por arco con electrodo metálico recubierto (SMAW), tiene
algunas limitaciones debido a que todos los manejos son controlados por el soldador.
Por esta razón, muchos de los problemas en este proceso dependen de la habilidad y
técnica del soldador. Existen cuatro aspectos que el soldador debe controlar- Longitud del arco
- Angulo del electrodo
- Velocidad de desplazamiento
- Ajuste de la corriente
En las uniones hechas con este proceso se pueden encontrar prácticamente todas las
discontinuidades técnicas de soldadura. A continuación, se enlistan algunas de las
más comunes:
- Porosidad
- Poros agrupados
- Porosidad tubular
- Inclusiones
- Falta de fusión
- Penetración excesiva
- Socavado
- Desgarre laminar
- Grietas
- Falta de Penetración
Al final de este capítulo, se resumen las discontinuidades comunes a todos los
procesos y los específicos de cada uno de ellos.
3.2. PROCESO DE SOLDADURA POR ARCO SUMERGIDO
(SUBMERGED ARC WELDING; SAW).
3.2.1. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO
Es un proceso de soldadura por arco eléctrico que produce la coalescencia de
metales por calentamiento con un arco (s) entre un electrodos desnudo y el metal
base. El arco y el metal fundido son protegidos por una capa de material fusible y
granular conocido como fundente.
No se utiliza presión y el metal de aporte se obtiene del electrodo y algunas veces de
una fuente suplementaria (alambre de soldadura, fundente o metal granulado). En
este proceso no se puede ver el arco entre el electrodo y la pieza de trabajo, ya que
está oculto por el fundente. El electrodo no está en contacto con la pieza de trabajo y
el metal fundido se transfiere a través del arco hasta el charco convirtiéndose en el
metal de soldadura depositado.
El fundente que se funde cerca del arco, se mezcla con el metal fundido, purificando
y aleando el metal (algo similar a lo que sucede con el proceso SMAW). La escoria
se forma a partir del fundente y las impurezas , mismas que flotan en la superficie del
cordón cubriéndolo y protegiéndolo.
Una ventaja del proceso de soldadura por arco sumergido es su gran penetración.
Así mismo, la alta relación de depósito, reduce el calor total aportado a la unión.
Muchas soldaduras que requieren de pasos múltiples con el proceso de soldadura por
arco con electrodo metálico recubierto, pueden depositarse en un solo paso por el
proceso de soldadura por arco sumergido. La figura 3.4. muestra este proceso.
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FIGURA 3.4.
Proceso de soldadura por arco sumergido (SAW).
El soldador o el operador de soldadura no tiene que usar careta de protección en este
proceso, pero ya que no puede ver a través del fundente puede tener dificultades para
dirigir el arco si éste se sale de la trayectoria de soldadura. Ya que el arco no esta a
la vista y requiere de un sistema de gula, el proceso de soldadura por arco sumergido
tiene una flexibilidad limitada. Por otra parte, este proceso tiene grandes ventajas
como son:
- Alta calidad de metal depositado y alta resistencia mecánica.
- Muy alta relación de depósito y gran velocidad de desplazamiento.
- El arco no produce chisporroteo y minimiza las necesidades de protección.
- Genera poco humo.
- Es fácilmente automatizable y reduce las necesidades de habilidad por parte del
personal.
El proceso de soldadura por arco sumergido también es aplicable a un intervalo
amplío de espesores y para la mayoría de los aceros ferriticos y austeníticos.
Uno de los usos principales de este proceso es la unión de planchas de gran espesor
que se requieren soldar durante la fabricación de tanques atmosféricos y recipientes a
presión, tubería de gran diámetro, mantenimiento y reparaciones, en construcción
naval v fabricación de subensambles.
3.2.2 EQIJIPO
El proceso de soldadura por arco sumergido puede ser semiautomático, mecanizado
o automático, y la alimentación del electrodo y la longitud del arco son controlados
por el alimentador y la fuente de energía. En la soldadura automática, un mecanismo
desplaza el alimentador de alambres o la pieza de trabajo y un sistema de
recuperación recircular el fundente granular no utilizado. Ver figura 3.5.
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FIGURA 3.5.
Equipo para el proceso de soldadura por arco sumergido.
En el método de aplicación de soldadura mecanizada y automática, el desplazamiento
del arco es prealineado o guiado por un sistema a través de la junta. El método
mecanizado en el cual el operador de soldadura debe controlar la operación, es el
más popular . El método automático es operado por medio de botones y es el
segundo en popularidad. El menos usado es el método semiautomático, el cual el
soldador gula la pistola manualmente. En el método de soldadura semiautomática la
pistola y la tolva son presionadas contra las caras de la pieza de trabajo para
controlar la localización de la soldadura.
El suministro de energía para el proceso de soldadura por arco sumergido puede ser
uno de los siguientes:
1. Un generador o un rectificador de comente directa de voltaje variable.
2. Un generador o un rectificador de comente directa de voltaje constante.
3. Un transformador de corriente alterna.
Estas fuentes de poder deben proporcionar altas comentes al ciclo de trabajo
requerido. La soldadura normalmente se hace en el rango de los 400-1500 amperios.
El proceso de arco sumergido puede ser usado con fuente de poder de corriente
directa o corriente alterna; cada uno de éstos tiene ciertas ventajas, por lo tanto, es
importante seleccionar la más apropiada para el trabajo que se va a realizar.
Soldar con comente directa ayuda a tener un mejor control sobre la forma del
cordón, la profundidad de penetración y la velocidad de desplazamiento. La
comente directa de polaridad invertida proporciona mayor estabilidad del arco y
como resultado un mejor control de la forma del cordón. Se obtienen velocidades de
depósito más altas , con comente directa polaridad directa , pero la penetración es
menor.
La comente alterna produce una penetración media y tiene la ventaja de disminuir el
soplo del arco.
Los electrodos para el proceso de arco sumergido son alambres sólidos sin
recubrimiento o electrodos compuestos.
Son generalmente similares en composición química a los metales base (AWS A
5.17). Los fundentes para el proceso por arco sumergido también cambian la
composición química del metal de soldadura e influyen en sus propiedades
mecánicas.
Las características de los fundentes del proceso de soldadura por arco sumergido son
similares a las características de los fundentes del proceso (SMAW). Los diferentes
tipos de fundente son enlistados a continuación:
1. Fundidos
2. Aglomerados
La composición de la soldadura puede ser alterada por factores tales como:
Las reacciones entre los elementos en el electrodo y fundente y los aleantes
adicionados a través del fundente . El uso de un fundente y un alambre como material
de aporte da al proceso gran flexibilidad para obtener las propiedades deseadas en la
soldadura.
Será responsabilidad del inspector de soldadura verificar que se usen las
combinaciones apropiadas de fundente y electrodo para obtener la composición
especificada del metal de soldadura.
3.2.3. CARATERISTÍCAS Y APLICACIONES DE SOLDADURA
El proceso de soldadura por arco sumergido se utiliza en muchas aplicaciones
industriales. Estas incluyen construcción naval , fabricación de carros de ferrocarril,
fabricación automotriz, o en soldadura estructural. Este proceso puede utilizarse
para soldar secciones delgadas y gruesas que van de 2-200 mm.
El proceso de soldadura por arco sumergido se usa principalmente en aceros
inoxidables , aceros al carbono y aceros de baja aleación. No es recomendable para
todos los metales y aleaciones . Debido a la naturaleza del proceso de soldadura por
arco sumergido , la mayoría de las soldaduras son hechas en posición plana. Las
soldaduras hechas con este proceso generalmente tienen buena ductilidad, alta
resistencia al impacto , densidad uniforme, bajo contenido de nitrógeno y alta
resistencia a la corrosión. Sus propiedades son al menos iguales a las de los metales
base. Es particularmente importante que todas las superficies de trabajo estén
limpias. El alineamiento del recorrido de la máquina con la unión es crítica. El
operador de soldadura debe estar bien entrenado para controlar todas las variables de
este proceso.
Este proceso se usa para hacer soldaduras, de ranura, filete, tapones y para depositar
recubrimientos.
Cuando se sueldan uniones a tope con abertura de raíz sé utiliza un respaldo para
retener el metal fundido. La soldadura por arco sumergido se utiliza para unir una
gran variedad de metales ferrosos y no ferrosos.
También para aplicar revestimientos a metales base y obtener propiedades deseadas
en la superficie de los materiales. Los metales base que pueden ser soldados por, este
proceso son los siguientes:
- Aceros al carbono de hasta 0 . 29% de carbono.
- Aceros al carbono con tratamiento térmico (normalizados , templados y revenidos)
- Aceros de baja aleación, templados y revenidos con punto de cedencia de hasta
100,000 lb / plg
-Aceros al cromo molibdeno (0.5-9.0% Cr v 0.5-1 % Mo)
- Aceros inoxidables austeníticos al cromo -níquel.
- Níquel y aleaciones de níquel (del tipo solución sólida).
Las velocidades de depósito de electrodos en este proceso oscilan desde un mínimo
de 0.23 kg / hr (0.5 lb / hr) en el método semiautomático, hasta un máximo de
86 hr (190 lb / hr) utilizando electrodos múltiples en el método automático.
Con este proceso las soldaduras pueden presentar las siguientes discontinuidades:
- Fracturas (en cráter, raíz, garganta, pie).
- Falta de fusión
- Falta de penetración
- Desgarre laminar
- Traslapes
- Porosidad
- Inclusión de escoria
- Socavado
3.3. SOLDADURA POR ARCO CON ALAMBRE CONTINUO
PROTEGIDO CON GAS.
(GAS METAL ARC WELDING; GMAW)
3.3.1 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO
Es un proceso de soldadura por arco eléctrico, el cual produce coalescencia de
metales por calentamiento de ellos entre el electrodo continuo de metal de aporte y la
pieza de trabajo. La protección es totalmente obtenida de un gas o mezcla de gases
suministrados externamente. Algunas variaciones de este proceso de soldadura son
los llamados soldaduras con gases inertes como: Helio, Argón y CO2 o mezcla de
ellos. Este proceso es también conocido como soldadura con gas inerte o "MIG"
(Metal Inert Gas). Ver figura 3.6.
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FIGURA 3.6.
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Proceso de Soldadura por arco con alambre continuo protegido con gas
La escoria formada durante el proceso de soldadura por arco sumergido (SAW) y el
proceso de soldadura por arco con electrodo metálico recubierto (SMAW) no es
formado con este proceso (GMAW), porque no se usa fundente , sin embargo se
forma una película vidriosa de Silicie por los electrodos de alto silicio, la cual puede
ser tratada como escoria.
Este proceso es completamente versátil . Sus mayores ventajas incluyen: alta
velocidad de depósito, comparado con el proceso SMAW ; reducción de humos y
gases , alta versatilidad, extensa gama de aplicaciones, un amplio intervalo de
espesores de soldadura y gran variedad de metales base . Este proceso puede ser
aplicado por método semiautomático , mecanizado , y automático . En el método
semiautomático , el electrodo es alimentado automáticamente a través de una pistola
sostenida con la mano . El soldador controla la inclinación y la distancia de la pistola
a la pieza de trabajo , así como , la velocidad de desplazamiento y la manipulación del
arco . En el método mecanizado , un operador de soldadura observa las operaciones
de desplazamiento mecanizado para realizar los ajustes necesarios . En el método
automático , la operación es completamente controlada por la máquina . El proceso de
soldadura por arco con alambre continuo protegido con gas, también puede usarse
para aplicaciones de recubrimiento . Un recubrimiento es el depósito por medio de
soldadura de un metal sobre otro , teniendo el metal depositado mejores propiedades
de dureza o resistencia a la corrosión y al desgaste.
3.3.2. EQUIPO
El equipo para el proceso de soldadura por arco con alambre continuo protegido con
gas, consiste de una pistola de soldadura, una fuente de energía, suministro de gas
para soldadura, y la unidad de alimentación de alambre con sus controles. La figura
3.7 ilustra el equipo básico requerido para este proceso:
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DE A^ANBRE
5A'_:CA ^E 5:s
1
^J
-^ FUENTE DE
PCoER
FIGURA 3.7.
Equipo para el proceso de soldadura por arco con alambre continuo
protegido con gas.
La pistola contiene un tubo de contacto que transmite la comente de soldadura hacia
el electrodo y una boquilla para dirigir el gas de protección. La alimentación del
alambre se realiza por un pequeño motor y rodillos propulsores.
El flujo de gas de protección se regula por medio de un medidor de flujo y un
reductor de presión. Esto provee una alimentación. constante del gas hacia la boquilla
de la pistola.
La mayor parte de las aplicaciones de este proceso requieren una fuente de corriente
directa de polaridad invertida.
Esto producirá un arco más estable, transferencia suave, bajo chisporroteo y buenas
características del cordón.
La comente directa con polaridad directa no se usa con frecuencia, v la comente
alterna no se usa en este proceso.
Existen cuatro formas por medio de las cuales este proceso puede depositar metal de
soldadura en una unión.
1. El primero es por transferencia globular la cual ocurre con baja corriente en
relación al diámetro del electrodo. El metal se transfiere desde el electrodo a la
pieza de trabajo como glóbulos, cada uno con mayor diámetro que el electrodo.
Los glóbulos se transfieren hacia el charco sin mucha dirección y el chisporroteo
es completamente evidente.
?.Transferencia en rocío, esto ocurre con una alta corriente, el metal de aporte
fundido se transfiere a través del arco como gotas finas.
3.Transferencia por corto circuito, puede requerir una fuente de poder especial.
En la medida que se funde el electrodo, cada gota corta el arco durante su
transferencia hacia el charco. Este es un proceso relativamente frío que puede ser
usado en todas las posiciones para, depositar metal de aporte donde el soldador lo
requiera. (El bajo aporte de calor limita el espesor de la soldadura para una buena
penetración).
4. La transferencia por arco pulsado mantiene una condición en la que prevalece
un arco de baja corriente e inyecta pulsos de alta corriente de una manera
intermitente . La transferencia del metal de aporte se realiza en gotas finas (rocío),
durante cada pulso. Esto reduce el calor de aporte promedio de la corriente,
haciendo posible la soldadura en posición vertical empleando alambre electrodo de
diámetros mayores.
La transferencia por rocío se usa para soldaduras en posición plana. Las formas
de transferencia pulsada y en corto circuito en este proceso se han utilizado para
soldadura en todas las posiciones . Cuando la soldadura es aplicada en posición
sobre cabeza se usa electrodo de diámetro pequeño con el método de corto
circuito. La transferencia en rocío puede ser usada con corriente directa pulsada.
El principal propósito del gas es proteger el metal fundido de la contaminación
atmosférica. El gas de protección también afecta el tipo de transferencia. profundidad
de penetración y forma del cordón. El Argón y Helio son los gases de protección
más utilizados en soldadura para metales no ferrosos. El bióxido de Carbono es
usado extensamente para soldadura de aceros suaves . Cuando se selecciona un gas
de protección, el factor más importante que debe tenerse en mente es que entre más
" pesado" sea el gas mas efectiva es la protección.
Los electrodos para el proceso de soldadura por arco con alambre continuo protegido
con gas tienen una composición similar o idéntica a los electrodos de otros procesos
con metales de aporte sin revestir. Como una regla , la composición de los electrodos
v el metal base deben ser tan similares como sea posible.
3.3.3. CARACTERÍSTICAS Y APLICACIONES DE SOLDADURA
El proceso de soldadura por arco con alambre continuo protegido con gas produce
soldaduras de alta calidad si se usan procedimientos adecuados, ya que no existe
fundente como recubrimiento en el electrodo , la posibilidad de inclusiones de escoria
es menor. El hidrógeno en la soldadura está prácticamente eliminado. Este proceso
de soldadura es aplicado en todas las posiciones, dependiendo del electrodo y gases
usado. Puede ser usado para soldar la mayoría de los metales, incluyendo
recubrimientos. Se pueden soldar espesores de metal desde calibre 24 (0.63 mm ó
0.025") con la transferencia por corto circuito, y espesores mayores.
La relación del metal depositado normalmente varia de 0.34 kg/hr a 14 kg/hr (3/4
lb/hr a 30 lb/hr), dependen de la selección del electrodo, modo de transferencia, y gas
usado.
En este proceso se puede encontrar cualquiera de las siguientes discontinuidades:
- Fracturas (en cráter, raíz, pie o debajo de cordón)
- Falta de fusión
- Falta de penetración
- Desgarre laminar
- Traslape
- Porosidad
- Inclusiones (Sílice)
- Socavado
- Falta de llenado
3.4. PROCESO DE SOLDADURA DE ARCO CON ELECTRODO
TUBULAR CONTINUO CON NÚCLEO DE FUNDENTE ( FLUX
CORED ARC WELDING ; FCAW).
Es el proceso de soldadura por arco en el cual se produce coalescencia de metales
por calentamiento de ellos por un arco eléctrico entre un electrodo de metal de aporte
continuo (consumible) y la pieza de trabajo. La protección es proporcionada por un
fundente contenido dentro de un electrodo tubular; puede o no ser obtenida una
protección adicional con un gas o mezcla de gases suministrados externamente.
Los ingredientes en el interior del electrodo suministran desoxidantes. ionizantes,
agentes purificadores, y elementos de aleación. Este forma una cubierta de escoria
delgada para proteger el metal de soldadura en solidificación, como sucede en el
proceso de soldadura por arco con electrodo metálico recubierto. La figura 3.8
muestra este proceso.
La flexibilidad de este proceso es excelente.
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FIGURA 3.8.
Proceso de soldadura de arco con electrodo tubular continuo con núcleo de fundente.
Algunas de las principales ventajas incluyen la alta calidad del metal de soldadura a
velocidades de desplazamiento relativamente altas, y un menor costo comparado con
el proceso SMAW. Este proceso produce cordones de soldadura uniformes y de
excelente apariencia. Es aplicable a una amplia variedad de aceros al carbono, de
baja aleación, inoxidables y de otros tipos, y se puede soldar en todas las posiciones.
3.4.1. EQUIPO
Este proceso generalmente es aplicado semiautomáticamente. La pistola es sostenida
y dirigida por el soldador. Este proceso también es usado en soldadura mecanizada y
en este caso el operador monitorea la operación continuamente durante el
desplazamiento mecanizado.
El equipo básico para las dos modalidades de este proceso (auto protegido y con gas
de protección) es similar. La única diferencia entre los dos es un sistema que
proporciona el gas externo para la protección. La fuente de energía recomendada es
de corriente directa, tipo voltaje constante la cual es similar a los empleados para el
proceso GMAW. El suministro de energía debe ser capaz de operar con la más alta
comente necesaria para la aplicación específica.
La rapidez con que el electrodo es alimentado al arco, determina la comente de
soldadura que una fuente de poder de voltaje constante debe suministrar la figura 3.9.
indica el equipo básico necesario para este proceso.
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FIGURA 3.9
Equipo para el proceso de soldadura de arco con electrodo tubular continuo con
núcleo fundente (FCAW).
La mayoría de los aceros que son soldados por los procesos SMAW, GMAW y
SAW también pueden ser soldados con este proceso. El proceso de soldadura de
arco con electrodo tubular continuo con núcleo de fundente, es versátil porque
pueden incluirse una gran variedad de ingredientes en el núcleo del electrodo. La
selección adecuada de los ingredientes en el núcleo puede tener una variedad de
resultados importantes:
1. Producir soldadura con características que varían, desde alta velocidad d
depósito en la posición plana, hasta fusión adecuada y forma del cordón en posición
sobre cabeza.
2. Producir electrodos auto protegido y para varias mezclas de gases de protección.
3. Variar el contenido de aleante del metal de soldadura depositado.
Las funciones primarias del fundente en el núcleo del electrodo son:
1. Proporcionar las propiedades mecánicas , metalúrgicas , y de resistencia a la
corrosión del metal de soldadura.
2. Propiciar la sanidad del metal de soldadura.
3. Arrastrar las impurezas del metal fundido por la reacción de los fundentes.
4. Producir una capa de escoria que protege el metal de soldadura durante la
solidificación y controla la forma y apariencia del cordón en las diferentes
posiciones de soldadura.
5. Estabilizar el arco, reducir el chisporroteo y ayudar a depositar un cordón
uniforme y de tamaño adecuado.
El bióxido de carbono (CO2) es el gas de protección más usado en este proceso. Es
económico y produce alta penetración de soldadura proporciona una transferencia del
tipo globular.
Con este proceso también pueden emplearse mezclas de gases . Mientras más alto
sea el porcentaje de gas inerte en las mezclas con bióxido de carbono u oxígeno más
alta será la eficiencia de la transferencia de los desoxidantes contenidos en el núcleo.
En el electrodo deben incluirse desoxidantes enérgicos para producir soldaduras
sanas. El argón es capaz de proteger el charco fundido en todas las temperaturas de
soldadura.
3.4.2. CARACTERISTÍCAS Y APLICACIONES DE SOLDADURA
Este proceso también puede emplearse para los mismos diseños de unión usados para
SMAW y GMAW, con pequeña variación en los detalles de ajuste , dependiendo del
tipo y tamaño del electrodo usado.
También el tipo de electrodo , diámetro , método de protección (auto protegido, o con
protección externa de COZ u otros gases) determinan la posición de soldadura, la
profundidad de penetración, y el intérvalo de espesores del metal que pueden
soldarse. La posición de la soldadura depende principalmente del diámetro del
electrodo.
Este proceso se emplea para soldar aceros de bajo y medio carbono, aceros de baja
aleación y alta resistencia, y aceros templados y revenidos, algunos aceros
inoxidables , y fundiciones de hierro. También se pueden aplicar recubrimientos.
Generalmente, el intervalo de espesores que puede ser soldado por este proceso es
de 1.50 mm (1/16") en adelante . Este proceso produce más cantidad de humos que
el proceso SMAW, si se emplea protección con bióxido de carbono se aumenta la
penetración y cantidad de humos.
Un factor importante en este proceso que frecuentemente es ignorado es la necesidad
de controlar la proyección del alambre-electrodo (la longitud del electrodo entre el
punto de contacto eléctrico con la pistola y el arco). La proyección del electrodo
produce calentamiento por resistencia, lo cual tiene un efecto de precalentamiento del
alambre haciendo la operación más eficiente.
Las variaciones en la proyección del electrodo provocan cambios en el calor
aportado, y en la corriente y éstos, a su vez tienen los siguientes efectos:
1. Al incrementar la corriente, se incremento la velocidad de depósito.
2. Al disminuir la corriente, se disminuye la penetración.
3. Una corriente elevada produce cordones convexo con apariencia pobre
4. Una corriente insuficiente provoca la absorción de grandes cantidades de
nitrógeno y porosidad en el metal de soldadura cuando se emplean electrodos auto
protegidos.
El tipo de corriente usado para este tipo de operaciones es generalmente corriente
directa polaridad invertida.
La velocidad de depósito varia de 0.90 kg/hr - 18 kg/hr, dependiendo del electrodo
seleccionado.
Las discontinuidades encontradas en las soldaduras hechas con este proceso son las
siguientes:
- Fracturas (en cráter, en raíz, en pie y debajo del cordón.)
- Falta de fusión
- Desgarre laminar
- Traslape
- Porosidad
- Inclusiones de escoria
- Socavado
- Falta de llenado.
3.5. PROCESO DE SOLDADURA POR ARCO CON ELECTRODO DE
TUNGSTENO PROTEGIDO CON GAS.
(GAS TUNGSTENG ARC WELDING; GTAW).
3.5.1. DESCRIPCIÓN GENERAL
Este proceso, también conocido como "TIG", une los metales base por el
calentamiento producido por un arco eléctrico formado entre un electrodo de
tungsteno no consumible y el metal base. La protección se obtiene a partir de un gas
o una mezcla de gases inertes. El metal de aporte no se transfiere a través del arco,
sino que es fundido por el arco. El electrodo que lleva la corriente es de una aleación
de tungsteno o tungsteno puro. La figura 3.10 muestra como trabaja este proceso.
DIRECCIÓN DE DESPLAZAMIENTO
BOQUILLA
GAS DE
PROTECCIÓN
1 ELECTRODO DE
TUNGSTENO
METAL DE SOLDADURA
FUNDIDA
METAL DE
SOLDADURA
SOLDIFICADA
FIGURA 3.10.
Proceso de soldadura por arco con electrodo de tungsteno protegido con gas.
El arco es protegido de la combinación atmosférica por el gas de protección, que
fluye a través de la boquilla. Este gas desplaza el aire eliminando el nitrógeno,
oxígeno, e hidrógeno evitando su contacto con el metal fundido o con el electrodo
caliente de tungsteno. Casi no hay chisporroteo ni humos. El cordón de soldadura es
bastante uniforme, y normalmente requiere muy poco acabado.
Este proceso se utiliza para hacer soldaduras de alta calidad en la mayoría de los
metales y aleaciones. No se forma escoria y se puede soldar en todas las posiciones.
Es sin embargo, el más lento de todos los procesos no mecanizados.
3.5.2 EQUIPO
La soldadura con un electrodo de tungsteno no consumible protegido con un gas
inerte es generalmente un proceso manual, sin embargo, puede ser mecanizado y aún
automatizado. El equipo incluye:
1.Una pistola que porta el electrodo con su boquilla para dirigir el gas de protección
alrededor del arco y un mecanismo que sujeta el electrodo de tungsteno y lo
energiza.
2. Una fuente de gas de protección.
3.Un regulador de flujo y un regulador de presión del gas.
4.Una fuente de poder.
5.Una fuente de agua de enfriamiento si el porta electrodo es enfriado por agua.
La fuente de poder ya sea de comente alterna o corriente directa es de voltaje
variable. Con este tipo de fuente, la forma de la curva, voltaje-amperaje es de tal
manera que un cambio en la longitud del arco no provocará un cambio grande en la
comente. La figura 3.11. muestra el equipo necesario en el proceso de soldadura de
arco eléctrico con electrodo de tungsteno protegido con gas.
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Figura 3.11
Equipo para el proceso de soldadura por arco con electrodo de tungsteno protegido
con gas
Las variables que tienen más influencia en este proceso son la corriente, el voltaje, y
las características de la fuente de poder. Estas afectan la cantidad, distribución v
control del calor producido por el arco y también juegan un papel importante en la
estabilidad del mismo y en la remoción del óxido refractario de la superficie y
algunos metales.
El arco eléctrico se produce por el paso de la corriente a través del gas de protección
ionizado . Los átomos pierden electrones y adquieren una carga positiva . Estos iones
fluyen del polo positivo al polo negativo del arco . Los electrones viajan del polo
negativo al polo positivo . La energía utilizada en formar el arco , expresada en
unidades eléctricas , es el producto de la corriente que pasa a través del arco y la
caída de voltaje a través del mismo.
Los electrodos utilizados en este proceso tienen diferentes clasificaciones:
1. Tungsteno puro (EWP).
2. Tungsteno con 1 ó 2 por ciento de Tono (EWTh-1, EWTh-2).
3. Tungsteno con 0 .15 a 0. 4 de Zirconio (EWZr)
4. Electrodo de tungsteno con un alambre de 2 por ciento de tungsteno al Tono, que
corre longitudinalmente a través del electrodo (EWTh-3).
5. Las adiciones de Tono y de Zirconio permiten al tungsteno emitir electrones
más fácilmente , cuando éste se encuentra caliente . La banda de color que tiene los
electrodos de tungsteno permiten su identificación y no debe ser destruida por el
arco , por lo tanto normalmente ésta se pone en la parte anterior del electrodo.
Los electrodos se encuentran en una gran variedad de diámetros y longitudes. En
ocasiones se los limpia químicamente para remover las impurezas después del
trefilado . En otras , se los pule para quitar estas impurezas . Los requisitos que deben
satisfacer los electrodos para soldadura por arco con electrodo de tungsteno están
dados en la especificación AWS A 5.12.
Otra consideración que debe tenerse en mente es el grado de ahusamiento del
electrodo . Este afecta la penetración de la soldadura . Si el ángulo de la punta del
electrodo decrece ( un electrodo más ahusado ) el ancho del cordón tiende a disminuir
y la penetración se incrementa . Sin embargo , si se hace demasiado agudo, la
densidad de corriente se incrementa en la punta , y la temperatura del electrodo
rebasa su punto de fusión , cayendo el electrodo fundido en el metal de soldadura
(inclusiones de tungsteno). Es entonces, que la punta del electrodo toma una forma
redondeada.
Este proceso puede soldar casi todos los metales y aleaciones que son fundidos por
un arco eléctrico, que no se evaporan rápidamente debido al alto grado de
calentamiento producido por el arco, y que pueden ser soldados sin fisuramiento.
Una gran variedad de metales de aporte utilizados en soldar metales y aleaciones se
aplican también con este proceso. Los metales de aporte son normalmente similares
a los materiales base.
Los gases más usados en este proceso son Argón, Helio o una mezcla de ambos. En
ocasiones se prefiere el Argón porque tiene las siguientes ventajas:
1. Promueve la estabilidad del arco
2. Se utiliza un menor voltaje a cualquier corriente y longitud del arco.
3. Tiene una mejor acción limpiadora en la soldadura de materiales tales como
aluminio y magnesio, cuando se usa corriente alterna.
4. Costos de producción más bajos.
5. Se utiliza flujos menores y se obtiene mejor protección.
6. Es más fácil iniciar el arco.
Si se usa Helio como gas de protección, se debe emplear un voltaje mayor del arco
para una determinada corriente y longitud del mismo, en comparación con el Argón.
Esto produce más calor y por lo tanto es más efectivo para soldar materiales de
mayor espesor (particularmente los materiales de alta conductividad como el
aluminio).
Sin embargo, ya que la densidad del Helio es mucho menor, deben utilizarse flujos
más grandes para poner un buen arco y para proteger el metal líquido.
3.5.3. CARACTERÍSTICAS Y APLICACIONES DE SOLDADURA
La soldadura por arco eléctrico con electrodo de tungsteno protegido con gas, se
utiliza para hacer soldadura longitudinales en aceros inoxidables de poco espesor y
en tubería para recipientes a presión , los cuales no necesitan metal de aporte. Este
proceso también se utiliza para soldar aceros de mayor espesor y tubería para plantas
generadoras, plantas químicas e industria petrolera . Se puede soldar en todas las
posiciones. La industria aeroespacial utiliza este proceso a gran escala para unir
componentes delgados y ciertos componentes de mayor espesor hechos de metales
que deben tener gran resistencia y bajo peso . Este proceso permite soldar rápida y
satisfactoriamente objetos cuyas paredes son ligeras y delgadas tales como; la
cubierta de los transistores o diafragmas de instrumentos.
Este proceso también se utiliza para soldar tubería de materiales ferrosos y no
ferrosos , así como para dar los pasos de raíz de tubería de acero inoxidable y de
acero al carbono , especialmente cuando las aplicaciones implican condiciones
críticas.
Aunque este proceso tiene costos iniciales muy altos y baja productividad (rapidez de
producción), tiene la gran ventaja de que se pueden soldar muchos metales de
diferentes espesores en todas las posiciones , lo cual no es posible con otros procesos.
Así mismo, se obtiene gran calidad y resistencia en las uniones soldadas.
En resumen, se pueden soldar aluminio , magnesio, titanio, cobre , aceros inoxidables,
aceros al carbono y muchos metales dificiles de soldar por otros procesos. Algunos
metales pueden ser soldados en todas las posiciones dependiendo de la habilidad del
soldador y de la corriente empleada.
La corriente usada puede ser directa o continua . Ya sea de polaridad directa o
invertida . Sin embargo , debido a que la polaridad directa produce un mínimo de
calor en el electrodo y un máximo de calor en el metal base , se pueden utilizar
electrodos más pequeños obteniendo una mayor penetración que con la polaridad
directa o con corriente alterna . Lo contrario es también cierto cuando se desea poca
penetración como en el caso de hojas delgadas de aluminio.
Para soldar metales no ferrosos se requiere de una buena limpieza, aunque si se
suelda con polaridad invertida o con comente alterna se provoca una limpieza
adicional . Esto es particularmente necesario para soldar aluminio, magnesio y cobre.
Los espesores en los cuales se puede utilizar este proceso, van desde 0.120 hasta
50.8 mm, dependiendo del tipo de corriente, tamaño del electrodo, diámetro del
material de aporte, metal base y gas de protección. Cuando se sueldan espesores
mayores de 6.30 mm, debe controlarse adecuadamente la temperatura entre pasos.
Dependiendo de los mismos factores mencionados anteriormente, la velocidad de
depósito en este proceso varia de 0.220 kg/hr hasta 1.30 kg/hr.
Las soldaduras pueden presentar una discontinuidad que es exclusiva de este
proceso, que son las inclusiones de tungsteno. Estas son el resultado de pequeñas
porciones de tungsteno que caen en el metal de soldadura líquido.
Aparte de las inclusiones de tungsteno, se pueden encontrar la mayoría de las
discontinuidades presentes en soldaduras hechas por procesos de arco eléctrico.
3.6 SOLDADURA OXIACETILÉNICA
(OXYACETYLENE WELDING; OAW)
3.6.1. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO
Este proceso pertenece al grupo de procesos de soldadura con gas
oxi-combustible (oxyfuel gas welding; OFW).
Es un proceso de soldadura que emplea un gas oxi-combustible el cual produce la
coalescencia de los metales por un calentamiento de ellos con una flama o flamas
obtenidos de la combustión de acetileno con el oxígeno. El proceso puede emplearse
cono sin la aplicación de presión y conos*
ono sin metal de aporte. Ver figura 3.12.
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Figura 3.12
Proceso de soldadura oxiacetilénica
3.6.2. EQUIPO
El equipo básico mínimo está ilustrado en la figura No. 3.13 consiste de un cilindro
de gas combustible y un cilindro de oxígeno con sus reguladores respectivos,
mangueras y un soplete.
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FIGURA 3.13
Equipo para el proceso de soldadura Oxiacetilénica.
El soplete normalmente tiene boquillas intercambiables para seleccionar el tamaño
adecuado para un trabajo de soldadura en particular . El acetileno (C2H2) es un
hidrocarburo , que contiene el mayor porcentaje de carbono que cualquier otro gas
combustible.
El acetileno es un gas incoloro y es más ligero que el aire. El acetileno gaseoso es
inestable, si la temperatura excede a 779.5° C o la presión excede 2.1 kg/cm2 (30
lb/plg2). Puede suceder una descomposición explosiva de la molécula aunque no haya
oxígeno presente. Por esta razón el acetileno siempre debe manejarse
cuidadosamente.
La soldadura oxiacetilénica puede ser usada en muchos materiales ferrosos y no
ferrosos. Por supuesto, como cualquier otro proceso de soldadura, el tamaño, la
forma y la composición química pueden limitar la soldabilidad de las partes.
El soplete de soldadura es la pieza más importante del equipo en este proceso, tiene
la función de mezclar el gas combustible con el oxígeno y proporcionar el tipo de
flama necesaria para la soldadura. El soplete tiene además las conexiones para las
mangueras, una manija y la (s) válvula (s) de gas combustible y oxígeno para regular
la mezcla en la cámara y el flujo de gas.
Los metales de aporte para este proceso son varillas sin requisitos específicos de
composición química. En la soldadura de algunos metales, se necesita un fundente,
para mantener limpio el metal base o para remover los óxidos de la superficie.
Existen varillas de diferentes composiciones químicas para soldar materiales ferrosos
y no ferrosos.
La varilla se selecciona para que coincida con la composición química del metal base
y obtener las propiedades deseadas en el metal de aporte. Las varillas de soldadura
son clasificadas en base a su resistencia por las especificaciones de la Sociedad
Americana de Soldadura (AWS).
Los fundentes se usan para remover óxidos en la superficie. El fundente también
protege el charco de soldadura fundida de la atmósfera y previene la absorción o
reacción con gases de la flama.
Para la mayoría de las aplicaciones de este proceso, el flujo de gas se ajusta para
producir una flama neutra. El ajuste debe empezar con una flama con exceso de
acetileno, la cual es conocida por la extensión del abanico del cono interior. El
abanico disminuirá cuando el flujo de acetileno disminuya o cuando el flujo de
oxígeno se incremente. La flama es neutra cuando la extensión del abanico está a
punto de desaparecer.
La técnica de soldadura hacia adelante es recomendada para soldar materiales de
hasta 0.125" de espesor.
El charco de soldadura fundida se puede controlar y la soldadura es más plana en
superficie y en el fondo. En secciones de mayor espesor se utiliza la técnica de
soldadura hacia atrás porque permite mayor velocidad de depósito y mejor control
del charco.
En el proceso de soldadura oxiacetilénica, el diseño de la unión es una consideración
importante, en ciertas uniones la separación de las partes es necesaria para permitir
una penetración completa en la raíz.
El espesor del metal base determina el tipo de preparación de borde para la
soldadura . Las secciones delgadas pueden unirse sin bisel en tanto que la sección de
mayor espesor deben ser biselados.
3.6.3. CARACTERÍSTICAS Y APLICACIONES DE SOLDADURA
La soldadura de aceros al carbono es relativamente sencilla. Se pueden obtener
soldaduras sanas en otros materiales por variaciones en la técnica, tratamiento
térmico, precalentamiento y uso de fundentes.
La mayoría de los metales soldables pueden ser unidos por este proceso.
Algunas de las ventajas de este proceso son:
1. Es relativamente barato
2. Es altamente portátil
3. Es posible soldar en todas las posiciones
4. El equipo es versátil.
Puede ser usado para varias operaciones por ejemplo: soldadura blanda, soldadura
fuerte, y corte con flama (con equipo apropiado), fuente de calor para
precalentamiento, enderezamiento, doblado, etc.
5. Puede ser usado para soldadura de metales delgados y de medio espesor.
La principal desventaja del proceso es que se necesita un alto grado de habilidad del
soldador.
La soldadura oxiacetilénica es adecuada para unir secciones delgadas de tubería v
lámina. La soldadura de secciones gruesas es cara pero pueden ser apropiado para
trabajos de reparación.
La soldadura oxiacetilénica requiere de gran habilidad para evitar las
discontinuidades. El proceso es manual , los ajustes deben ser hechos por el soldador.
Las discontinuidades más comunes que se pueden encontrar en este proceso son
listados a continuación:
- Porosidad aislada
- Inclusiones de escoria
- Falta de fusión
- Grietas
- Socavado.
Se entiende por defecto una discontinuidad que impide a una parte o producto
soldados cumplir con la especificación aplicable, lo cual provoca su rechazo. Por lo
tanto, una discontinuidad no es necesariamente un defecto. La tabla No. 3.1. muestra
las discontinuidades comúnmente encontradas en los diferentes procesos de
soldadura. Adicionalmente en el capítulo IV se tratan con mayor detalle las diferentes
discontinuidades encontradas en las uniones soldadas, así como sus causas, los
métodos de ensayos para detectarlas y la manera de corregirlas.
DISCONTINUIDADES COMUNES EN SOLDADURAS
PROCESOS
TIPOS DE DISCONTMIDADES
DE
SOLDADURA
TITULO
PORO
SIDAD
ESCO
RIA
Soldadura de pernos por arco
eléctrico (Stud Welding; SW)
FALTA
DE
FUSION
FALTA
DE
PENETRA
CLON
SOCA
VADO
TRAS
LAPE
X
Soldadura por arco plasma
(Plasma Arc Welding; PAW)
X
Soldadura por arco sumergido
(Submerged arc Welding;
X
X
FRAC
TURAS
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
SAW)
Soldadura por arco con
electrodo de tungsteno
protegido con gas. (Gas
Tungsten Arc Welding;
GTAW)
Soldadura por arco con
alambre continuo protegido
con gas (Gas Metal Arc
Welding; GMAW)
Soldadura por arco con
electrodo tubular continuo con
núcleo de fundente (Flux
Cored Arc Welding; FCAW)
Soldadura por arco con
electrodo metálico recubierto
(Shielded Metal Arc Welding;
SMAW)
Soldadura de arco con
electrodo de carbono (Carbon
Arc Welding; CAW)
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Tabla 3.1
CAPITULO IV
4.
INTRODUCCIÓN
4.1.
DEFINICIÓN DE DISCONTINUIDAD
4.2.
DISCONTINUIDADES
4.3.
DESCRIPCIÓN DE DISCONTINUIDADES
4.4.
EVALUACIÓN DE DISCONTINUIDADES
4. LAS DISCONTINUIDADES EN LA SOLDADURA
INTRODUCCIÓN
Algunas soldaduras, cuando son comparadas con los patrones de calidad
especificados para un trabajo determinado, pueden estar deficientes de una o más
formas. El inspector de soldadura debe reconocer esas deficiencias v evaluarlas,
determinando si están dentro de las tolerancias marcadas en las especificaciones, y
dependiendo de los resultados, aceptar o rechazar la soldadura.
En situaciones ideales tales como que el electrodo sea el correcto, el diseño de las
uniones v corrientes adecuadas, fundente seco y libre de contaminación, técnica
adecuada, etc., las soldaduras deben resultar sanas, pero siempre pueden haber
situaciones que provoquen imperfecciones por esto, se crearon métodos de
inspección para detectarlas.
4.1. DEFINICION DE DISCONTINUIDAD
Según la norma oficial NOM-H-93-1986, es la interrupción de la estructura típica de
una soldadura tal como una falta de homogeneidad en las características mecánicas,
metalúrgicas o físicas del material base y/o el de aporte, una discontinuidad no
necesariamente es un defecto.
4.2. DISCONTINUIDADES
La fuente más común que provoca discontinuidades en la unión soldada, se puede
decir que es el empleo de soldadores inexpertos o descuidados.
Las discontinuidades pueden clasificarse en dos grandes grupos: las superficiales y
las internas. Las superficiales son aquellas que se pueden detectar con una
inspección visual o con métodos no destructivos superficiales, y las internas son las
que se localizan en el interior de la unión; podemos en forma general nombrarlas
como se enlista a continuación:
DISCONTINUIDADES SUPERFICIALES
1) Llenado incompleto de la unión
2) Concavidad en la raíz de la unión
3) Refuerzo excesivo
4) Traslape del cordón
5) Penetración excesiva
6) Socavado
7) Cordones fuera de la zona de la ranura
8) Desalineamiento de la piezas.
9) Cambios de electrodo
10) Chisporroteo del arco y/ o electrodo
11) Contactos del electrodo durante la operación de la soldadura fuera del cordón
DISCONTINUIDADES INTERNAS
1) Inclusiones de gas (porosidad)
2) Inclusiones de escoria
3) Líneas de escoria
4) Falta de penetración
5) Falta de fusión
6) Roturas y grietas
7) Inclusiones de tungsteno
8) Quemadas
Sin embargo , se pueden hacer muchas clasificaciones en función de los procesos
empleados y del tipo de trabajo de que se trate, como tuberías. estructuras . tanques,
etc.
4.3 DESCRIPCIÓN DE DISCONTINUIDADES
A continuación hacemos una breve descripción e identificación de las
discontinuidades más comunes que se producen en las uniones soldadas.
Esta información nos permite entender las causas, situación. corrección y
prevención de discontinuidades: sin embargo, el tema es muy, amplio y variado ya
que cada método de soldadura además de las discontinuidades comunes, tiene otras
particulares, sucediendo lo mismo con el tipo de trabajo que se trate (estructuras,
tanques. tuberías, etc.)
1. CONCAVIDAD EN LA RAÍZ.
Esta discontinuidad se presenta siempre del lado de la raíz de la unión y
generalmente ocurre en uniones a tope. (Fig. X1.1.)
CAUSAS
- Un excesivo refuerzo en la cara de la raíz.
- Insuficiente energía en el arco para producir un cordón de penetración
adecuada.
- Una excesiva presión de gas por la parte de la raíz.
- Debido a la acumulación de escoria en exceso, en la raíz de unión.
DETECCIÓN
Cuando se halla acceso a la raíz ya sea fisicamente o con aparatos (endoscopio) será
mediante examen visual.
Cuando la raíz de la unión sea inaccesible, entonces se puede hacer uso de la
radiografla, como en el caso de tanques cerrados. tuberías, etc.
CORRECCIÓN
Aplicación de uno o más cordones por el lado de la raíz. Si no es posible hacer esta
operación por falta de acceso, es necesario un corte completo de la unión.
PREVENCIÓN
- Estableciendo un procedimiento para la prueba de soldadura.
- Reproducción del espesor de la cara de la raíz.
- Control de la presión del gas en la raíz.
- Cambiando a un electrodo que tenga menor fluidez de escoria.
2. LLENADO INCOMPLETO
Soldadura insuficiente en una unión a tope (Fig. 4.2.).
CAUSAS
Corriente excesiva, velocidad de avance muy rápida
DETECCIÓN
Visualmente
CORRECCIÓN
Agregando otro u otros cordones
3. REFUERZO EXCESIVO
Es el material extra que produce convexidad en soldaduras de filete y a tope,
causando espesores mayores que el de metal base . (fig. 4.3.)
El término "refuerzo " es engañoso ya que el exceso de material de aporte
normalmente no produce una soldadura más resistente . Sin embargo , en ciertas
situaciones , un exceso de metal puede ser requerido por algunas razones
metalúrgicas.
Esta característica de la soldadura es considerada como un defecto solamente
cuando la altura del refuerzo sea mayor que un límite especificado.
CAUSAS
El exceso de energía en el arco, produce exceso de metal de aporte, cuando se aplica
soldadura por los procesos MIG, CO2 y arco sumergido , preparación poco profunda,
mala manipulación del electrodo e incorrecta selección de diámetro del electrodo en
uniones con múltiples cordones.
DETECCIÓN
Inspección visual usando calibración de soldadura.
CORRECCIÓN
Rebajando el exceso de material ( si fuera necesario).
PREVENCIÓN
Reducción de energía y corrección en la preparación de la orilla de la unión;
verificación del diámetro del electrodo y la secuencia de la soldadura mediante su
prueba; tener un soldador experto.
4. TRASLAPE DEL CORDÓN
Es una imperfección que se localiza en la superficie de la pieza (en el borde de la
cara o la raíz de la soldadura) cuando se deposita metal de aporte sobre el metal base
sin llegar a fundirlo (Fig. 4.4)
NC M$V J E541N E..MIENTJ
EN LA RAIZ
CONCAV tCAD EN
Figura 4.1
Refuerzo excesivo en una unión a tope con
bisel sencillo.
Figura 4.3
Soldadura insuficiente en una
unión a tope con bisel sencillo
Figura 4.2
Traslape en una unión de filete. También
se aprecia el socavado.
Figura 4.4
CAUSAS
- Una mala manipulación del electrodo en el proceso manual de arco -eléctrico-,
excesivo ondulamiento (usualmente en uniones certificadas).- Un amperaje tan bajo que no alcanza a fundir el metal base adecuadamente.
- Velocidad de avance muy lenta. combinada con amperaje de alimentación alta.
- La unión no se hizo en posición correcta: como en soldaduras de filete hechas
con un cordón sencillo en posición horizontal o vertical, cuando deberían
haberse hecho en posición plana.
DETECCIÓN
Examen visual , complementado por examen con líquidos penetrantes.
CORRECCIÓN
Cortando el metal hasta encontrar el metal sano y, si es necesario, volver a soldar.
PREVENCIÓN
Modificar la manipulación del electrodo para asegurar la fusión con el metal base.
5. PENÉTRACIóN EXCESIVA
Proyección de la penetración en la raíz del cordón rebasando el límite especificado
(Fig. 4.5.)
CAUSAS
- Un armado o preparación incorrectos; si la preparación de la orilla es demasiado
delgada para soldar el cordón de soldadura: excesiva abertura de la raíz.
- Corriente de alimentación demasiado alta
- Velocidad de avance muy baja.
- Falta de habilidad del soldador
NOTA: Para mantener una penetración constante con las dimensiones
sugeridas, se requiere una aran habilidad. particularmente en uniones a tope en
tuberías.
DETECCIÓN
Un examen visual. La apariencia de penetración del cordón deberá ser
comprobado por medio de radiografia en tubería, si es que no se puede
visualmente.
CORRECCION
Rebajar mediante maquinado si no hay acceso cortar la unión y volver a soldar.
PREVENCIÓN
Vigilar la lectura de la raíz cuando se haga el armado de la pieza. Verificar los
parámetros de la soldadura haciendo las pruebas al procedimiento. Usar respaldos
temporales y permanentes.
FIGURA 4.5
Refuerzo excesivo e irregular en una unión a tipo con bisel simple.
6. SOCAVADO
Es un canal producido en el borde del cordón (en la zona lateral donde se une el
cordón de soldadura con el metal base). Este defecto puede ser interno o externo.
Ver figura 4.6 a4.6B
CAUSAS
- Uso de corriente en límites muy altos.
- Electrodo defectuoso ( fundente no centrado).
- Inclinación lateral excesiva del electrodo.
- Soplo magnético.
Este defecto es muy común en soldaduras de filete tanto de metales ferrosos como
no ferrosos.
DETECCIÓN
Se puede detectar usando inspección visual. Se recomienda la inspección
radiográfica en tuberías.
CORRECCIÓN
Si está especificado . deberá corregirse aplicando un cordón de soldadura sobre la
zona donde se presente.
PREVENCIÓN
Mantener el amperaje en niveles más bajos ( los especificados
7. POROSIDAD
Es una discontinuidad causada por gases que quedan atrapados en el metal cuando
solidifica . Comúnmente el gas forma huecos en el metal con forma redondeada y
tersa, pero también los hay cilíndricos y vermiculares . Esto no siempre es serio
debido a que no provoca una concentración de esfuerzos que puedan causar grietas,
solamente que los poros estén alargados y agrupados , y sobre todo si salen a la
superficie podrán ser perjudiciales, causando grietas : además reducen la sección
transversal del metal (Fig.4.7.)
CAUSAS
En el caso de los procesos de soldadura protegidos por gas (\IIG. TIG): también
pueden ser por falta de gas de protección.
CAUSAS
En el caso de los procesos de soldadura protegidos por gas (MIG, TIG); también
pueden ser por falta de gas de protección.
En el caso de la soldadura por arco sumergido, otra causa puede ser por humedad en
el fundente.
Estas discontinuidades pueden ser superficiales o internas y se presentan tanto en
metales ferrosos como no ferrosos, y se pueden encontrar en las formas mostradas
en la figura 4.8.
SoCAVADO
FALTA OE LLENADO
Figura 4.6 A
Ilustración esquemática del socavado
a) Vista superficial y corte transversal en una
unión a tope , mostrando el socavado que
reduce la sección del material base.
b) Socavado en ambos lados del cordón de raíz
o fondeo , en una unión a tope de bisel simple.
c) Socavado en el primer cordón en una d) Socavado en la orilla superior de la
unión a tope abiert& de extremos rectos en soldadura.
placa de respaldo.
Figura 4.6. B
Socavado
A. POROSIDAD UNIFORMEMENTE DISTRIBUIDA
Esta discontinuidad puede ocurrir en soldadura de uno o varios cordones y ocurre,
si se forman gases debido a una mala técnica (arco muy, largo), al material (electrodo
húmedo o acero efervescente) o por las condiciones existentes cuando la soldadura
es aplicada (material extraño o mucho viento).
Cuando la soldadura se funde, el gas se disuelve en ella, y si enfría lentamente, la
burbuja creada puede salir a la superficie, en este caso no aparece porosidad. Pero si
el enfriamiento es rápido, las burbujas quedan atrapadas cuando el metal solidifica.
B. POROSIDAD LINEAL
Se forma en el borde de la soldadura, donde las 2 piezas, tanto el metal base como el
de aporte se unen así como también en la raíz de la soldadura y entre las bases
(caras) de una soldadura de cordones múltiples. Las causas de esta discontinuidad
son:
- Por contaminación
- Velocidad excesiva de avance.
C. POROSIDAD TUBULAR
En soldaduras de filete pueden ir desde la raíz de la soldadura a la superficie. Pero
aunque esto poros salgan a la superficie, muchos otros se pueden detectar bajo la
superficie por esmerilado o maquinado.
Este defecto en el proceso de electro-escoria puede ser grave porque puede abarcar
totalmente la longitud del cordón.
DETECCIÓN
Puede detectarse fácilmente por radiografia y ultrasonido.
POROSIDAD EN GRUPOS
POROSIDAD TUBULAR
FIGURA 4.7.
a) Porosidad en una unión a tope b) Radiografia mostrando porosidad c) Porosidad tubular muy grande en
en una unión a tope de bisel soldadura de filete en una unión de
de bisel sencillo .
Sencillo .
traslape.
d) Porosidad tubular o carcomido e) Corte longitudinal en una t) Porosidad excesiva. Exceso de
en la raíz de una soldadura de filete. soldadura de filete en una unión azufre.
Figura 4.8
8. INCLUSIONES DE ESCORIA.
Son partículas de escoria de forma irregular que quedan atrapadas en el interior del
cordón. Ver figura 4.9.
CAUSAS
- Limpieza inadecuada de la escoria entre cordones.
- Mal movimiento del electrodo durante su depósito.
- Rápida solidificación del cordón de soldadura.
Este defecto es interno y se puede presentar tanto en la soldadura de metales
ferrosos como no ferrosos.
DETECCIÓN
Estas discontinuidades se pueden detectar por medio de radiografía y ultrasonido; en
materiales ferrosos delgados se puede emplear el método de partículas magnéticas.
b) Inclusiones en una unión a tope
de bisel sencillo entre los diferentes
cordones.
a) Inclusiones de escoria en la raíz
y lados de una unión a tope de bisel
sencillo.
c) Inclusiones como línea de escoria en la raíz de una unión a tope con doble bisel. A la
derecha se muestra la radiografía de la sección (véase la línea negra)
Figura 4.9
9. FALTA DE FUSIÓN
Es la falta de unión entre el metal de aporte y el metal base ; ver figura 4.10.
CAUSAS
Uso de corriente de bajo amperaje durante el depósito.
Movimiento inadecuado del electrodo durante su depósito.
- Grasa u óxido sobre el metal soldado
Velocidad de avance muy alta.
Distancia del arco eléctrico muy grande.
Esta discontinuidad puede ser interna o superficial y se puede presentar tanto en la
soldadura de metales ferrosos como no ferrosos.
DETECCIÓN
Se recomienda el uso de radiografia o ultrasonido. Pueden emplearse líquidos
penetrantes o partículas magnéticas para detectar las discontinuidades superficiales.
a) Falta de fusión entre los b) Falta de fusión en la raíz de una c) Falta de fusión en la raíz de
cordones de acero austenitico y el soldadura de filete. una soldadura forma de "J" en la
acero dulce en una soldadura de sección gruesa.
filete. También se pueden apreciar
grietas.
d) Falta de fusión en la raíz de una
unión a tope con los extremos
rectos y muy abierta, teniendo
placa de respaldo . También se
aprecia falta de penetración.
e) Falta de fusión en la raíz de una
unión a tope de extremos rectos y
abiertos, soldados por ambos lados.
Figura 4.10
D- 15
A :^gAS ^RIL E CORDON
CE,R .iZ -TAtr^F SICNACAS 5R1
EM6ARCC- E' ' JTRO TIENE
C. v1DAC .v^^_^N
FALTA DE PENETRACIÓN
i
`U :CN NC^MF ^ A -N RAID
Y/C EN -..CRILLA CELO C.'.ñO
N
^ALT,+ DE /USiO`i
Figura 4.10 B
Fusión incompleta
10. FALTA DE PENETRACIÓN
Es una discontinuidad que se presenta cuando el metal depositado no llenó
completamente la raíz de la unión ver figura 4.11.
CAUSAS
- Uso de bajo amperaje durante el depósito.
- Velocidad de avance incorrecta.
- Longitud del arco eléctrico muy grande.
- Falta de separación de la raíz entre las piezas.
- Uso de electrodos de diámetro grande.
- Movimiento incorrecto del electrodo.
Esta discontinuidad se presenta con mayor frecuencia en la soldadura de metales de
gran espesor, ferrosos v no ferrosos.
DETECCIÓN
Se recomienda el empleó de radiografla o ultrasonido. En juntas donde hay acceso
para observar la raíz, se puede detectar por inspección visual.
11. GRIETA EN EL CORDÓN
Son fisuras que se producen en el cordón de soldadura, pueden ser abiertas a la
superficie o internas. Las grietas que se pueden presentar son: Transversales al
cordón, longitudinales, en el cráter y en la raíz, y estas pueden aparecer en
materiales ferrosos y no ferrosos ver figura 4.12.
DETECCIÓN
Pueden detectarse fácilmente por radiografia, ultrasonido, partículas magnéticas
(en metales ferrosos delgados), y líquidos penetrantes (cuando son superficiales)
b) Unión de bisel sencillo.
Electrodo demasiado grande
o corriente muy baja.
g)
Unión a tope del
tipo recto bastante
abierto. También
falta de fusión en
la raíz del cordón
superior.
a) Unión de doble bisel. Falta c) Radiograña de un sección
de penetración combinada mostrando una línea negra
indicando falta de
con inclusión de escoria
penetración.
e) Radiografia de
una unión a tope.
Muy cerrada y del
tipo recta.
f)
Soldadura de filete en T, d) Unión a tope en bisel en
mostrando una escasa una rivación de tubería
garganta y donde no se pueden
consecuentemente el poner el cordón que sella
comienzo de una grieta. la raíz
Figura 4.11
D. 17
1)
Grieta en la raíz en su
primer cordón
austenítico, asociado con
inclusión de escoria.
g) Rotura raíz en la zona
afectada por el calor en una
unión del tipo "T'
Rotura en el cordón de
raíz de una unión a tope
con doble bisel.
h) Roturas localizadas en una
unión de extremos rectos a
tope completamente cerrada,
combinada con inclusión de
escoria.
f) Rotura en la raíz en material
muy grueso en una unión a
tope del tipo "V' sencilla.
e) Rotura en una soldadura de
traslape Ensamble malo. Mala
preparación.
b) Roturas en el cráter de una
soldadura de filete.
d) Rotura en una soldadura de
filete. Falta de penetración en
la raíz
c) Rotura por exceso de calor al
ejecutar una soldadura de
filete con penetración
PYeeC1„n
a) Roturas longitudinal en
una unión a tope.
Figura 4.13
Clasificación de roturas de acuerdo a su localización en la unión
a. Rotura en el cráter de la soldadura
b- Rotura transversal en la soldadura
c. Roturas long. y transv. en la zona afectada por el calor.
d. Rotura longitudinal en la soldadura
e. Rotura en el borde de la soldadura
f. Rotura bajo los cordones
g- Rotura en la zona de fusión
h. Rotura en la raíz de la soldadura.
12. GRIETAS EN LA ZONA AFECTADA POR EL CALOR
Son fisuras muy finas y profundas producidas en el metal base, en forma paralela
adyacente al cordón. Estas grietas son superficiales v pueden presentarse tanto en
metales ferrosos como no ferrosos. ver Fig.4.14.
CAUSAS
- Excesiva concentración de calor
- Metal base con alto contenido de carbono.
- Brusco enfriamiento en agua.
INSPECCIÓN
Pueden detectarse fácilmente por medio de líquidos penetrantes o partículas
magnéticas (para metales ferrosos). No se recomienda radiografía ni ultrasonido.
Rotura en la zona afectada por el calor en
material de acero de baja aleación.
Figura 4.14
Grietas longitudinales en la zona afectada por el calor.
13. QUEMADAS
Son huecos en la raíz del cordón producidos por el desprendimiento de metal
fundido.
CAUSAS
- Amperaje excesivo
- Avance muy lento de electrodo
- Movimiento incorrecto del electrodo durante su depósito.
Separación excesiva en la raíz.
Esta discontinuidad se puede presentar en la raíz de la unión tanto en metales
ferrosos como no ferrosos.
INSPECCIÓN
Cuando hay acceso a la raíz, se detecta por medio de inspección visual. Cuando no
hay acceso ' a la raíz se recomienda el uso de radiografia.
INCLUSIONES METÁLICAS.
Son partículas metálicas atrapadas en el cordón de soldadura.
CAUSAS
Es un defecto característico del proceso de arco eléctrico con electrodo de tungsteno
protegido con gas, se produce cuando accidentalmente el electrodo toca al metal
fundido y se presenta comúnmente en la soldadura de aceros inoxidables y aluminio.
DETECCIÓN
Se detecta por medio de radiografía o ultrasonido.
TIPO DE
DISCONTINUIDAD
GRIETAS
CR.ATER
LONGITUDINAL
LOCALIZACIÓN
S
S: Z.A.C.
RAIZ
S
PIE
Z.A.C.
TRANSVERSAL
S: Z.A.C..OMB
CAPA INFERIOR
ZAC
Z.A.C.
TUNGSTENO
PEN'ETR.AClO
INCOMPLETA
S
POSIBLES CAUSAS
Formada por impropia terminación de arco.
Formada por lo general por alta velocidad de paso .. algunas
relacionadas con problemas de porosidad que no aparecen sobre la
superficie de la soldadura , también son originadas por una alta \elocidad
de enfriamiento v grandes contracciones.
Generalmente son grietas en caliente por excesos, esfuerzos o
penetración poco p rofunda o pasada de raíz cóncava.
Se inician y propagan del pie de la Soldadura donde los esfuerzos
residuales son altos , y son el resultado de esfuerzos de contracción sobre
la soldadura y la zona afectada térmicamente , causándose comúnmente
fragilidad por hidrógeno o una elevada velocidad de enfriamiento o
ambos.
Algunas grietas ocurren debido a que las propiedades del metal base no
pueden acomodarse con las de la soldadura durante la contracción:
también se pueden causar por un electrodo húmedo o mezcla de H, en
fundente.
Son generalmente el resultado de esfuerzos de contracciones
longitudinales , que actúan por excesivo endurecimiento (fragilidad) del
metal de soldadura.
Suelen ser un serio problema cuando están presentes tres elementos 1)
Hidrógeno , 2) una micro estructura frágil y 3) altos esfuerzos residuales.
Las grietas en la zona de la cara inferior y Z.A.C. pueden ser tanto
longitudinales como transversales . Ambos son formadas sobre los
límites de las pasadas de la soldadura porque los esfuerzos residuales
son altos: también porq ue el H . se mezcla en el fundente.
Resulta generalmente por un electrodo sucio dentro de! charco fundido:
o una excesiva corriente para el tipo de electrodo, tamaño o forma.
(GA I W solamente se prescrita en este proceso).
Son debido a un electrodo demasiado largo.
TIPO DE
DISCONTINUIDAD
GOTAS
LAMINARES
LAMINACION i
DELAMINACIÓN
LOCALIZACIÓN
POSIBLES CAUSAS
MB
TRASLAPE
POROSIDAD
AGRUPAMIENTOS
S
S
LINEAL
S
Laminación es causada por inducción térmica resultando esfuerzos de
contracción de la soldadura.
Formada con gas atrapado ó cavidades de contracción al someter al
material a laminado.
Delaminación es causada por se p aración por esfuerzos residuales.
Falta del control de proceso de soldadura. por materiales im p ropios.
Causada principalmente por la aplicación de una técnica inadecuada.
contaminación del electrodo o metal base . Ocurren generalmente en el
comienzo v final dei paso. debido ala mala técnica del soldador.
Causada principalmente por contaminación de gas a través de los limites
MB
de pasadas.
POROSIDADES
TUBULARES
DISPERSIÓN DE
POROS
S
SOCAVADO
MB
GARGANTA
INSUFICIENTE
S
Causada principalmente por contaminación de gas. Está discontinuidad
en forma de tira se extiende desde la soldadura hacia la superficie de la
soldadura.
Cuando se observan 1 ó 2 poros superficiales se escarba para
determinar si existen también subsu pe rficiales.
Causada principalmente por la aplicación de una técnica inadecuada
por inapropiada selección de materiales . o por un enfriamiento muy
rápido de la soldadura ya que los izases quedan atrapados produciendo
poros internos.
Causado principalmente por la aplicación de una técnica inadecuada o
excesiva corriente , o ambas . Toda soldadura presenta socavado y sólo
puede ser observado por ensayo metalográfico . con ataque sobre la
selección de la soldadura.
Generalmente comienza en la junta del metal base v Soldadura, y es el
resultado de la falla de la soldadura , u operador de soldadura . Aplicando
una técnica incom p leta de las esp ecificaciones o códigos.
NOTA:
S = Metal de soldadura.
MB = Metal Base.
Z.A.C. = Zona afectada por el calor.
Tabla 1. Discontinuidades , localización v algunas causas.
TIPO DE DISCONTINUIDADES
FUSION
PENETR.A SOC.\ TRAS
INCOM
CLON [NADE VADO LAPE
PLETA
CADA
PROCESO DE
ADCTO TITULO PORO
SIDAD
ESCO
RIA
GRIE
TAS
EN LA JUNTA
X
SW Soldadura de acero por arco eléctrico
PAW Soldadura por arco plasma
x
SAW Soldadura por arco sumergido
x
GTAW Soldadura por arco con eléctricos de
:un steno p rote g ido con gas
GMAW Soldadura por arco con alambre consumo
p rote g ido con g as
PCAW Soldadura de arco con electrodo tubular
continuo
SMAW Soldadura por arco con electrodo metálico
recubierto
CAW Soldadura de arco con electrodo al carbono
x
X
X
X
X
X
X
x
X
x
X
X
X X
X
X
X
X X
X
X
X
X X
x
X
X
X
X X
x
X
X
X
X
X X
X
x
RESISTENCIA
RSW Soldadura de puntos por resistencia
RSXW Soldadura de costuras por resistencia
x
i
RPW Soldadura de proyección
X
X
x
R Soldadura fuerte por chiaca
x
x
RW Soldadura de resistencia por recalcazo
X
X
PSW Soldadura por percursión
x
X
}<
COMBUSTIBLE (DE) GAS
GAW Soldadura 0xiaceulenica
x
X
X
CHW Soldadura con oxihidrogeno
X
X
GXW Soldadura con gas a presión
x
x
X
Í
¡ X
X
j
x
ESTADO SOLIDO
CM Soldadura en frio
X
DRW Soldadura por difusión
x
x
CXW Soldadura por explosión
X
?OW Soldadura por forja
x
X
FRW Soldadura por fricción
x
x
'SW Soldadura ultrasónica
-- ^ - i x
X
OTROS
CHW Soldadura por haz de electrones
x
CTW Soldadura por electromecoha
X
X
iW Soldadura por induccion
X
x
X
x
X
X X
x
x
LHW Soldadura por haz laser
X
TW Soldadura por alummotermia
x
X
X
X
X
X
TABLA 2.
Discontinuidades comúnmente encontradas en los procesos de soldadura
4.4. EVALUACIÓN DE DISCONTINUIDADES
El inspector de soldadura tendrá la responsabilidad de localizar discontinuidades y
decidir si son aceptables o no lo son. Para esto puede contar con muchas
herramientas como ayuda.
El tamaño y localización de una discontinuidad son otros factores que también se
deberán considerar. Recuerde que su marco de referencia es el código o
especificaciones para el trabajo , estos establecen los límites de las discontinuidades.
Tenga en mente que las discontinuidades siempre existirán pero pueden no ser
defectos. Este tema se trata ampliamente en los siguientes capítulos.
Las siguientes tablas dan la información adicional para la identificación de las
discontinuidades .
Proporcionan al inspector de soldadura mejores métodos
aplicados a la detección de ciertas discontinuidades , además de métodos de
inspección aplicables para cuatro tipos de unión para dar ayuda adicional en la
elección del método de inspección adecuado al diseño y proceso de soldadura.
r^
CZW TRO DE DW RROLLO
PROFESIONA L
CAPITULO V
PAGINA
INTRODUCCIÓN
E-3
5.1
GENERALIDADES
E-3
5.2
CÓDIGOS, NORMAS Y ESPECIFICACIONES E - 4
5.2.1
CÓDIGO
E-4
5.2 .22
NORMAS
E-5
5.2.3
ESPECIFICACIONES
E-7
5.2.3.1 ESPECIFICACIONES INTERNAS
5.3
E-7
DOCUMENTOS RELACIONADOS CON LAS
CONSTRUCCIONES SOLDADAS E - 7
5.3.1 CODIGO ASME PARA CALDERAS Y
RECIPIENTES A PRESIÓN
E-7
5.3.1.1 ALCANCE Y LIMITACIONES
E-8
5.3.1 2 SECCIÓN II, PARTE A. B Y C
E-8
5.3.1.3 SECCIÓN V
E-9
5.3.1.4 SECCIÓN VIII. DIV. 1
E - 13
5.3.1.5 SECCIÓN IX
E - 16
5.3.2 LAS ESPECIFICACIONES API
E- 16
5.3.2.1 NORMA API 620
E - l6
5.32.2 NORMA API 650
E - 17
5.3.2.3 NORMA API 1104
E- 18
{ cr xoaca aot t o i
rreort7ro^rr^ .: /
PAGINA
5.3.3
LAS ESPECIFICACIONES ASTM Y SU
CORRESPONDENCIA CON ESPECIFICACIONES ASME Y API
E- 19
5.3.4
LAS NORMAS ANSI
E-20
5.3.5
EL CÓDIGO ESTRUCTURAL - ACERO
AWS DI.1
;.4
E-21
ALGUNOS CRITERIOS PARA LA CORRECTA INTERPRETACIÓN DE LOS
DOCUMENTOS E-22
CÓDIGOS, NORMAS Y ESPECIFICACIONES
INTRODUCCIÓN
Los Códigos, Normas y Especificaciones son documentos que rigen y regulan las
actividades industriales.
Las construcciones soldadas son reguladas por documentos específicos que
establecen requisitos y criterios relacionados con diseño, fabricación, materiales,
reparación e inspección de componentes, equipos e instalaciones.
Los requisitos de diseño v calidad específicos se fijan en base a esos
documentos, por lo que su conocimiento y su manejo adecuado son una
herramienta indispensable para el personal técnico que participa en cualquier
actividad relacionada con las construcciones soldadas.
5.1 GENERALIDADES
El diseño, fabricación, construcción, montaje, inspección, pruebas, reparación,
operación y mantenimiento de determinados componentes, equipos, vehículos
(terrestres, marítimos y aéreos) e instalaciones, están regidos y regulados por
documentos llamados Códigos, Normas y especificaciones.
Estos documentos se preparan y emiten por instituciones y agencias
gubernamentales o por entidades privadas (Sociedades Técnicas de Ingenieros).
En los Estados Unidos Mexicanos, rigen las Normas Oficiales Mexicanas
(NOM). Hay algunos campos de aplicación para los cuales la normativa del país
es completa (tal es el caso de los recipientes sujetos a presión destinados a
contener gas licuado de petróleo ). En otras áreas , apenas se están desarrollando
las normas correspondientes.
En algunos casos en los que no existen las normas nacionales aplicables a
determinado producto, existen disposiciones y requisitos que deben satisfacer los
fabricantes y usuarios de equipos soldados. En esta situación se encuentran los
recipientes sujetos a presión (los no destinados a contener gas licuado de
petróleo) y los generadores de vapor. En este caso, los requisitos a cumplir están
basados en normas extranjeras y la secretaría del Trabajo y Previsión social (a
través de sus diferentes oficinas), es la encargada de verificar este cumplimiento.
En otros países, los Estados Unidos de América por ejemplo, la aplicación de
normas para determinados productos tienen un carácter de obligación legal.
Como ejemplos se pueden citar los siguientes:
• Código ASME BPV (Código para Recipientes a presión y Calderas preparado
por la Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos ), el cual es de
cumplimiento obligatorio en algunos estados de ese país.
• Especificaciones del DOT (Departinent of Transportation), mismos que
forman parte del Código de Regulaciones Federales (CFR).
Adicionalmente, el cumplimiento de los requisitos de los documentos aplicables
adquiere el carácter de obligación legal, si esto es estipulado en contratos de
fabricación o de compra - venta.
5.2 CODIGOS, NORMAS Y EPECIFICACIONES
5.2.1 CÓDIGO
Es un conjunto de requisitos y condiciones que regulan de manera integral el
diseño, fabricación, inspección y mantenimiento de componentes, equipos,
sistemas o estructuras específicas. Un código generalmente involucra
especificaciones y prácticas recomendadas e indica los procedimientos
apropiados para determinar si los requisitos establecidos fueron satisfechos o no.
Los códigos son emitidos con el propósito de que su aplicación sea obligatoria.
Su aplicación se hace una obligación de carácter legal en las siguientes
situaciones:
• Cuando las autoridades gubernamentales de un país así lo establecen. En este
caso, los códigos adquieren la categoría de documentos legales.
c^rrxo 0400
r^ eorx ^ u:: /
• Cuando su aplicación es requerida por documentos de carácter obligatorio,
tales como órdenes de compra, contratos de fabricación y de construcción y
por compañías de seguros.
La mayoría de los códigos para construcciones soldadas han sido escritos por la
Sociedad Americana de Soldadura (AWS), la Sociedad Americana de Ingenieros
Mecánicos (ASME) y el Instituto Americano del Petróleo (API). Algunos
códigos preparados por diferentes sociedades técnicas son revisados , aprobados
y adoptados por el Instituto Americano de Normas y Estándares (ANSI) y
publicados como Normas Nacionales Americanas.
5.2.2 NORMAS
El término "NORMA" tal y como es empleado por la AWS, la ASTM y el
ANSI, es aplicado indistintamente a códigos , especificaciones , prácticas
recomendadas , métodos , definiciones de términos , clasificaciones y símbolos
gráficos que han sido aprobados por un comité patrocinador (vigilante), de cierta
sociedad técnica y adaptados a ésta.
Las normas pueden ser obligatorias o no obligatorias . Como ejemplo de normas
obligatorias se pueden citar : el Código de Soldadura Estructural AWS D 1.1, la
Sección III del Código ASME (Componentes de Plantas Nucleares ) y el ANSI
Z49.1 (Seguridad en Soldadura y Corte).
Como ejemplo de normas no obligatorias, se pueden citar las "Prácticas
Recomendadas", tales como: la Práctica Recomendada API 1107 para
Mantenimiento de Líneas de Tubería.
Los diferentes tipos de normas existentes tienen, cada una, sus propósitos
específicos.
1. Las normas consistentes en símbolos gráficos de soldadura y ensayos no
destructivos, proporcionan métodos normalizádos para indicar los requisitos
de soldadura y pruebas no destructivas en dibujos. Estos símbolos
normalizados proporcionan un lenguaje universal a los usuarios.
^z. TRO DZDSiARROLLO
PROFmOff. L..
petróleo) y los generadores de vapor. En este caso, los requisitos a cumplir están
basados en normas extranjeras y la secretaría del Trabajo y Previsión social (a
través de sus diferentes oficinas), es la encargada de verificar este cumplimiento.
En otros países, los Estados Unidos de América por ejemplo, la aplicación de
normas para determinados productos tienen un carácter de obligación legal.
Como ejemplos se pueden citar los siguientes:
• Código ASME BPV (Código para Recipientes a presión y Calderas preparado
por la Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos), el cual es de
cumplimiento obligatorio en algunos estados de ese país.
• Especificaciones del DOT (Department of Transportation), mismos que
forman parte del Código de Regulaciones Federales (CFR).
Adicionalmente, el cumplimiento de los requisitos de los documentos aplicables
adquiere el carácter de obligación legal, si esto es estipulado en contratos de
fabricación o de compra - venta.
5.2 CODIGOS, NORMAS Y EPECIFICACIONES
5.2.1 CÓDIGO
Es un conjunto de requisitos y condiciones que regulan de manera integral el
diseño, fabricación, inspección y mantenimiento de componentes, equipos,
sistemas o estructuras específicas. Un código generalmente involucra
especificaciones y prácticas recomendadas e indica los procedimientos
apropiados para determinar si los requisitos establecidos fueron satisfechos o no.
Los códigos son emitidos con el propósito de que su aplicación sea obligatoria.
Su aplicación se hace tila obligación de carácter legal en las siguientes
situaciones:
• Cuando las autoridades gubernamentales de un país así lo establecen . En este
caso, los códigos adquieren la categoría de documentos legales.
• Cuando su aplicación es requerida por documentos de carácter obligatorio,
tales como órdenes de compra, contratos de fabricación y de construcción y
por compañías de seguros.
La mayoría de los códigos para construcciones soldadas han sido escritos por la
Sociedad Americana de Soldadura (AWS), la Sociedad Americana de Ingenieros
Mecánicos (ASME) y el Instituto Americano del Petróleo (API). Algunos
códigos preparados por diferentes sociedades técnicas son revisados, aprobados
y adoptados por el Instituto Americano de Normas y Estándares (ANSI) y
publicados como Normas Nacionales Americanas.
5.2.2 NORMAS
El término "NORMA" tal y como es empleado por la AWS, la ASTM y el
ANSI, es aplicado indistintamente a códigos , especificaciones, prácticas
recomendadas , métodos, definiciones de términos , clasificaciones y símbolos
gráficos que han sido aprobados por un comité patrocinador (vigilante), de cierta
sociedad técnica y adaptados a ésta.
Las normas pueden ser obligatorias o no obligatorias . Como ejemplo de normas
obligatorias se pueden citar : el Código de Soldadura Estructural AWS D1.1, la
Sección III del Código ASME (Componentes de Plantas Nucleares ) y el ANSI
Z49.1 (Seguridad en Soldadura y Corte).
Como ejemplo de normas no obligatorias , se pueden citar las "Prácticas
Recomendadas", tales como : la Práctica Recomendada API 1107 para
Mantenimiento de Líneas de Tubería.
Los diferentes tipos de normas existentes tienen, cada una, sus propósitos
específicos.
1. Las normas consistentes en símbolos gráficos de soldadura y ensayos no
destructivos, proporcionan métodos normalizados para indicar los requisitos
de soldadura y pruebas no destructivas en dibujos. Estos símbolos
normalizados proporcionan un lenguaje universal a los usuarios.
2. La clasificación establece un arreglo o división de materiales o productos en
grupos atendiendo a características comunes, tales como: origen,
composición, propiedades o uso.
Las normas nacionales de los EE . UU. son el resultado de un procedimiento
elaborado de votación y revisión por parte de la ANSI. En la preparación de
estas normas , participan sociedades técnicas como la AWS y la ASME.
Una norma puede describirse como un documento que establece una serie de
requisitos y medios para regular y controlar determinadas actividades y
características relacionadas con una aplicación específica que involucra
diferentes organizaciones.
3. Un método, ya sea de ensayo, muestreo, análisis o medición, es una norma
que consiste de un conjunto de requisitos relacionados con un asunto especial.
Estos documentos establecen los procedimientos necesarios para determinar
integridad, propiedades, composición o funcionamiento del material o parte
correspondientes. Un método establece procedimientos uniformes que
mejoran la confiabilidad de los resultados a obtener. Un método no incluye
límites numéricos en las propiedades o composición involucradas, estos
límites están incluidos en los códigos y en las especificaciones
correspondientes. Ejemplo de este tipo de norma son los métodos de
exámenes no destructivos.
4. Las prácticas recomendadas describen prácticas industriales generales y otros
aspectos cuyo entendimiento es importante antes de emplear algún proceso,
técnica o método.
5. Las definiciones de términos explican los términos empleados en los
documentos correspondientes. Estas definiciones son útiles en el
entrenamiento del personal y mejoran la comunicación dentro de la industria.
5.2.3 ESPECIFICACIONES
Una especificación es una norma que describe clara y concisamente los
requisitos esenciales y técnicos para un material, producto, sistema o servicio.
También indica los procedimientos, métodos, calificaciones o equipos a emplear
para determinar si los requisitos han sido satisfechos o no. Una especificación es
obligatoria cuando así se estipula en otros documentos obligatorios.
La ASTM publica un gran número de especificaciones para materiales y
aleaciones ferrosas y no ferrosas. Estas especificaciones constituyen un medio
excelente para que muchas organizaciones controlen la calidad de sus insumos y
materias primas.
Las especificaciones también son señaladas por las sociedades técnicas que
escriben las normas.
5.2.3.1 ESPECIFICACIONES INTERNAS
Algunos usuarios frecuentemente también escriben sus propias especificaciones.
Estas definen los requisitos que el usuario establece para materiales, productos,
sistemas, servicios y métodos de prueba o verificación.
5.3 DOCUMENTOS RELACIONADOS CON LAS
CONSTRUCCIONES SOLDADAS
Los siguientes códigos y especificaciones son los más comúnmente empleados:
5.3.1 CODIGO ASME PARA CALDERAS Y RECIPIENTES A PRESIÓN
Este código es publicado por la SOCIEDAD AMERICANA DE INGENIEROS
MECÁNICOS (ASME) y consta de 11 secciones , que son:
SECCIÓN 1 Reglas para la construcción de calderas de potencia.
SECCIÓN II Especificación de materiales.
E-7
SECCIÓN III Componentes de plantas nucleares.
SECCIÓN IV Calderas para calefacción.
SECCIÓN V Exámenes no destructivos.
SECCIÓN VI Reglas recomendadas para la operación y mantenimiento de
calderas de calefacción.
SECCIÓN VII
Reglas recomendadas para la operación y mantenimiento de
calderas en potencia.
SECCIÓN VIII
Recipientes a presión.
SECCIÓN IX
Calificaciones de soldadura.
SECCIÓN X
Recipientes a presión de plástico reforzado con fibra de
vidrio.
SECCIÓN XI
Reglas para la inspección durante servicio de componentes de
plantas nucleares.
Las secciones de este código que son de importancia desde el punto de vista de
inspección de soldadura son: la II , V, VIII y IX.
5.3.1.1 ALCANCE Y LIMITACIONES
En cada sección se analizará este punto.
5.3.1.2 SECCIÓN II, PARTES A, B Y C
La ASME y la ASTM han trabajado conjuntamente durante más de cincuenta
años en la preparación de especificaciones de materiales adecuados para
emplearse segura y confiablemente en el campo de las calderas y los recipientes
y tuberías a presión.
Las especificaciones para materiales ferrosos (parte A) y no ferrosos (parte B)
contenidos en la Sección II del Código ASME BPV, en términos generales, son
idénticas a las correspondientes de la ASTM.
Las identificaciones de las especificaciones ASTM para materiales ferrosos son
similares a las ASME correspondientes, sólo que en este último caso, se
antepone la letra '`S", símbolo distintivo de las especificaciones ASME.
Ejemplo:
Especificación ASTM
Especificación ASME
A-312-81 SA-312-81
Las especificaciones para materiales de aporte son publicadas por la AWS y son
adoptadas por el Código ASME BPV, Sección II, parte C.
En términos generales, las especificaciones AWS y ASME para materiales de
aporte son idénticas . La identificación de estas dos Sociedades para estas
especificaciones , es similar, únicamente se antepondrán las letras "SF".
Ejemplo:
Especificación AWS Especificación ASME
A-5.5 SFA-5.5
5.3.1.3 SECCIÓN V
La sección V del Código ASME está dividida en dos subsecciones, llamadas A y
B respectivamente.
La subsección A del Código contiene requisitos y métodos de prueba para
efectuar los Ensayos No Destructivos. Los Ensayos No Destructivos tienen como
objetivo detectar las discontinuidades, tanto internas como superficiales, en
materiales, soldaduras, partes y componentes fabricados. Se incluyen
Radiografía Industrial, Ultrasonido, Líquidos Penetrantes, Partículas Magnéticas,
Corrientes Parásitas o Electromagnetismo, Inspección Visual Ensayo de Fugas.
La subsección B contiene las normas que regulan la Inspección No Destructiva.
Estas normas intentan ser meramente informativas y no son mandatorias, a
menos que se indique lo contrario en la subsección A o en alguna otra parte del
Código.
Los métodos de Ensayos No Destructivos descritos en esta Sección son
aplicables a la mayoría de las configuraciones geométricas, sin embargo, las
configuraciones y materiales especiales pueden requerir métodos y técnicas
modificadas, en cuyo caso el fabricante debe desarrollar procedimientos
especiales que sean equivalentes o superiores a los métodos descritos en esta
Sección.
NORMAS RELACIONADAS CON LA INSPECCIÓN RADIOGRÁFICA
La Sección V, Subsección B, Artículo 22, enumera las siguientes normas para
Ensayos Radiográficos:
SE-71 Radiografías de referencia para fundiciones de acero hasta 2" de
espesor.
SE-94 Práctica recomendada para ensayos de radiografía.
SE-142 Método estándar para controlar la calidad de la imagen en los
ensayos radiográficos.
SE-186 Radiografías estándar de referencia para fundiciones de acero de
pared gruesa (de 2" a 4.5").
SE-242 Radiografías de referencia que muestran cambios de apariencia
conforme cambian ciertos parámetros.
SE-280
Radiografías estándar de referencia para fundiciones de acero de
pared gruesa (4.5" a 12").
SE-446 Radiografías estándar de referencia para fundiciones de acero de
hasta 2" de espesor.
SE-586
Definiciones estándar de términos relacionados con radiografía con
rayos X y rayos Gamma.
NORMAS RELACIONADAS CON LA INSPECCIÓN POR ULTRASONIDO
La Subsección B, artículo 23 , enumera las siguientes normas:
SA-388 Práctica recomendada para la prueba e inspección por ultrasonido de
piezas de acero forjadas.
SA-435 Método y especificación para la inspección ultrasónica por haz
recto, en lámina de acero para recipientes a presión.
SA-577 Especificación estándar para la inspección ultrasónica por haz
angular en planchas de acero.
SA-578 Especificación estándar para la inspección ultrasónica por haz recto
de planchas de acero para aplicaciones especiales.
SA-609 Especificación estándar para la inspección ultrasónica por haz
longitudinal de fundiciones de acero al carbono y de baja aleación.
SA-745 Práctica estándar recomendada para inspección ultrasónica de piezas
forjadas de acero austenítico.
SE-113 Práctica recomendada para la inspección por ultrasonido por el
método de resonancia.
SE-114 Práctica recomendada para la inspección por ultrasonido con haz
recto y pulso-eco.
SE-213 Método estándar para la inspección por ultrasonido de tubería
metálica para detectar discontinuidades longitudinales.
SE-214 Práctica recomendada para la inspección ultrasónica por inmersión
con el método de reflexión utilizando ondas longitudinales.
SE-273 Método estándar para la inspección ultrasónica de soldaduras
longitudinales y en espiral, en tubería.
SE-500 Definiciones estándar de terminología relacionada con la inspección
ultrasónica.
NORMAS USUALES EN LA INSPECCIÓN POR LÍQUIDOS
PENETRANTES (ASME V. SUB SECCIÓN B, ARTICULO 24)
SE-165
Método estándar para la inspección por líquidos penetrantes.
SE-270
Definiciones estándar de la terminología relacionada con la
inspección por líquidos penetrantes.
ESPECIFICACIONES RELACIONADAS CON LA INSPECCIÓN POR
PARTÍCULAS MAGNÉTICAS (ASME V, SUBSECCIÓN B, ARTÍCULO 25)
SA-275 Método para la inspección por partículas magnéticas en piezas de
acero forjadas.
SA-269 Definiciones estándar de terminología relacionada con la inspección
por partículas magnéticas.
SA-709 Práctica estándar recomendada para la inspección por partículas
magnéticas.
ESPECIFICACIONES RELACIONADAS CON LA INSPECCIÓN POR
CORRIENTES PARÁSITAS O ELECTROMAGNETISMO (ASME V,
SUBSECCIÓN B, ARTÍCULO 26)
SE-309 Práctica tentativa recomendada para la inspección por comentes
parásitas de productos tubulares de acero con saturación magnética.
SE-426 Práctica recomendada para la inspección por electromagnetismo de
productos tubulares, con o sin costura, de aleaciones de acero
inoxidable austenítico y aleaciones similares.
ESPECIFICACIONES RELACIONADAS CON LOS ENSAYOS PARA LA
DETECCIÓN DE FUGAS
SE-425 Definiciones estándar de terminología relacionada con el método de
ensayo de detección de fugas.
SE-432 Guía estándar recomendada para la selección del método de ensayo
de detección de fugas.
SE-479 Guía recomendada para la preparación de una especificación de
ensayo de detección de fugas.
5.3.1.4 SECCIÓN VIII, DIV. 1
Esta sección está dividida en tres subsecciones y dos apéndices, uno obligatorio
y otro no obligatorio.
Las subsecciones y sus partes correspondientes se indican a continuación:
Subsección A Requisitos generales
Parte UG Requisitos generales para todos los métodos de construcción
y todos los materiales correspondientes.
Subsección B Requisitos correspondientes a los métodos de fabricación de
recipientes a presión.
Parte UW Requisitos para recipientes a presión fabricados por soldadura
(welding).
Parte UF Requisitos para recipientes a presión fabricados por forja
(forging).
Requisitos para recipientes a presión fabricados por soldadura
Parte UB
fuerte (brazing).
Subsección C Requisitos correspondientes a las clases de materiales.
Parte UCS Requisitos para recipientes a presión construidos de acero al
carbón y de baja aleación.
Parte UNF Requisitos para recipientes a presión construidos de
materiales no ferrosos.
Parte UHA Requisitos para recipientes a presión construidos de aceros de
alta aleación.
Parte UCI Requisitos para recipientes a presión construidos con
fundición de hierro.
Parte UCL Requisitos para recipientes a presión construidos de
materiales con capas o recubrimientos de metal resistente a la
corrosión.
Parte UCD Requisitos para recipientes a presión construidos de hierro
dúctil.
Parte UHT Requisitos para recipientes a presión construidos de aceros
ferríticos con propiedades mecánicas mejoradas por
tratamiento térmico.
Parte ULW Requisitos para recipientes a presión fabricados por
construcción en capas.
Parte ULT Reglas alternas para recipientes a presión construidos de
materiales para aplicaciones a bajas temperaturas.
La subsección C también contiene una serie de tablas en las que se recopilan los
valores de los esfuerzos de tensión máximos permisibles para los diferentes
materiales aceptados para la construcción de recipientes a presión.
Las siguientes clases de recipientes, no son consideradas dentro de esta división:
a. Aquellos que estén dentro del alcance de otras Secciones de este Código.
E-14
b. Calentadores tubulares sometidos a fuego directo.
c. Contenedores de presión que son parte integral o componentes de dispositivos
mecánicos rotatorios o reciprocantes (bombas, compresores, turbinas,
generadores y cilindros neumáticos o hidráulicos ), donde las consideraciones
principales de diseño y servicio se derivan de los requisitos funcionales del
dispositivo.
d. Exceptuando los especificados en U-l(f), las estructuras cuya función
primaria es transportar fluido de una localización a otra dentro de un sistema,
del cual la estructura es una parte integral.
e. Componentes de tuberías (tales como: tubos , bridas, tomillos , válvulas , juntas
de expansión, etc.) y las partes sometidas a presión de otros componentes que
sirven para propósitos tales como : mezclado, separación, distribución,
medición y control de flujo , siempre que las partes (de tales componentes)
que contengan presión , sean consideradas como componentes de tubería o
accesorios.
f. Recipientes para contener agua o aire bajo presión, donde la compresión sirve
sólo como amortiguamiento y no se excede ninguno de los siguientes
requisitos:
- Capacidad nominal de 454 Lts . (120 galones).
- Una presión de diseño de 43 Kg /cm2 (300 Lb/pulg2)
- Una temperatura de diseño de 99 °C (210 °F).
g. Tanques de almacenamiento de agua calentados por vapor o cualquier otro
medio indirecto, cuando ninguna de las siguientes limitaciones es excedida
por:
- Entrada de calor 200 , 000 BTU/lir.
- Una temperatura de agua 99 °C (210 °F).
- Una capacidad nominal de 454 Lts ( 120 galones).
h. Recipientes con una presión de operación que no exceda de 2.13 Kg/cm2 (15
Lb/pulg2) sin limitación de tamaño.
i. Recipientes que tengan un diámetro interior, ancho, altura o sección
transversal que no exceda de 152.4 mm (6-), sin limitación en longitud o
presión.
E-15
5.3.1.5 SECCIÓN IX
La Sección IX del código ASME para Calderas y Recipientes a Presión, trata de
las calificaciones de los soldadores y los operadores de equipo de soldadura y las
de los procedimientos que éstos emplean para realizar soldaduras de acuerdo con
este Código y de acuerdo con el Código ASME B3 1, para tuberías a presión.
Esta Sección IX, es un documento que se emplea conjuntamente con otras
secciones del Código ( Secciones 1, III, IV y VIII ), mismas que se refieren a tipos
específicos de construcción e imponen requisitos adicionales o excepciones a lo
establecido por esta Sección (IX).
La Sección IX, está compuesta por dos partes y cada una de éstas por cuatro
artículos, mismos que se indican a continuación:
Soldadura (Welding).
Parte QW.
Artículo I.
Artículo II.
Artículo III.
Artículo IV.
Requisitos generales de soldadura.
Calificaciones de procedimientos de soldadura.
Calificaciones de habilidad en soldadura.
Datos de soldadura.
Parte QB.
Artículo XI.
Artículo XII.
Artículo XIII.
Artículo XIV.
Soldadura Fuerte (Brazing).
Requisitos generales de soldadura fuerte.
Calificaciones de procedimientos de soldadura fuerte.
Calificaciones de habilidad en soldadura fuerte.
Datos de soldadura fuerte.
5.3.2 LAS ESPECIFICACIONES API
5.3.2.1 NORMA API 620. DISENO Y CONSTRUCCION DE TANQUES
GRANDES SOLDADOS, PARA ALMACENAMIENTO A BAJA
PRESIÓN.
El Departamento de Refinería del instituto Americano del Petróleo (API), ha
preparado estas reglas para cubrir los tanques descritos en la Sección 1.1 de la
Norma API 620, que contienen productos del petróleo y otros líquidos
comúnmente manejados en la industria.
Estas reglas no pueden cubrir todos los detalles del diseño y construcción debido
a la gran variedad de tamaños y formas en que los tanques pueden ser
construidos. Cuando no son dadas las reglas completas para un diseño
específico, se supone que el fabricante debe proveer los detalles de diseño y
construcción para que la estructura sea segura.
El fabricante de un tanque de baja presión construido de acuerdo a la Norma API
620, debe estar completamente seguro de que el tanque es construido de acuerdo
con los requisitos de estas reglas.
Estas reglas implican que la construcción de los tanques está sujeta a la
aprobación de un inspector calificado, después que éste ha hecho las revisiones e
inspecciones en lo que se refiere al diseño, materiales, fabricación y pruebas del
tanque.
La Norma API 620, se divide en seis Secciones y varios Apéndices, que son:
Sección 1 Diseño y construcción.
Sección II Materiales.
Sección III Diseño.
Sección IV Fabricación.
Sección V
Sección VI Elementos de regulación de vacío y presión.
Desde el punto de vista de la Inspección de Soldadura , son importantes las
Secciones 1, II, IV y V.
5.3.2.2 LA NORMA API 650. TANQUES DE ACERO SOLDADOS PARA
ALMACENAMIENTO DE PETRÓLEO Y DERIVADOS.
Esta especificación cubre los requisitos de materiales, fabricación, erección y
prueba para los tanques de almacenamiento soldados, tipos vertical, cilíndrico,
atmosférico o cerrados, en varios tamaños y capacidades cuyas presiones
E- 17
clb m0im d^sws. 11 o
PRO Srroxu
internas sean aproximadamente igual a la atmosférica. Puede existir una presión
ligeramente mayor cuando se satisfacen los requisitos del Apéndice F.
Esta especificación está diseñada para proporcionar a la Industria del Petróleo
tanques seguros y razonablemente económicos para el almacenamiento de
petróleo y sus productos, así como otros líquidos normalmente manejados en la
Industria. No se presentan, ni tienen contemplado fijar los tamaños permitidos,
sino que permite la selección (por parte del comprador) de cualquier tamaño de
tanque que considere cubra las necesidades.
Esta especificación consta de ocho capítulos, que son:
Capítulo 1
Capítulo II
Capítulo III
Capítulo IV
Capítulo V
Capítulo VI
Capítulo VII
Capítulo VIII
Generalidades
Materiales
Diseño
Fabricación
Erección
Métodos de inspección en la unión de placas
Procedimientos de soldadura v calificación de
procedimientos
Marcaje
Once Apéndices
5.3.2.3 LA NORMA API 1104. NORMA PARA LA SOLDADURA EN
TUBERÍA Y OPERACIONES RELACIONADAS.
Esta Norma requiere la calificación de procedimientos de soldadura, soldadores
y operadores. Cubre las soldaduras de ranura v filete hechas por arco o gas en
tubería de transmisión, bombeo y compresión de petróleo crudo, productos de
petróleo, gas combustible y sistemas de distribución.
Esta Norma establece que la calidad de las soldaduras puede ser verificada por
medio de pruebas no destructivas, incluyendo prueba de tracción, doblado de
cara, raíz y lateral, y prueba de fragilidad.
c^G r r aop o
rkos uoaAL
5.3.3 LAS ESPECIFICACIONES ASTM Y SU CORRESPONDENCIA CON
ESPECIFICACIONES ASME Y API.
Las especificaciones de materiales ferrosos y no ferrosos presentan una
estructura similar en cuanto a los requisitos que fijan y la información que
proporcionan para el material objeto de la especificación
En general , las especificaciones ASTM, ASME y API para materiales utilizados
en plantas de proceso, tienen una estructura genérica que incluye los siguientes
aspectos:
Alcance - Indica los materiales y productos a los que la especificación aplica. A
veces incluyen otros datos adicionales, como "calidad" o grado del material o
servicio para el cual está destinado; por ejemplo, para operar a altas
temperaturas.
Requisitos Generales - Establecen que el material fabricado de acuerdo con la
especificación correspondiente, debe satisfacer los requisitos estipulados por la
especificación de requisitos generales aplicables.
Documentos Aplicables - Se incluyen todas aquellas normas y especificaciones
de referencia, tales como: requisitos generales, métodos de prueba, análisis y
normas dimensionales.
Bases de Compra - Es una lista de los aspectos que una orden de compra debe
incluir a fin de que ésta sea clara, concisa y no permita confusiones de ninguna
clase. Los principales aspectos involucrados son:
Cantidad
Nombre del material
Forma del producto
Grado, clase, tipo o designación
Dimensiones
Propiedades mecánicas
Acabado (condición superficial)
Tratamientos térmicos
- Reportes de pruebas
- Certificados de calidad
- Requisitos adicionales
Proceso de Fabricación - Se indica el o los procesos de fabricación permitidos.
Tratamientos Térmicos - Definen el tipo de tratamiento e indica si éste debe ser
realizado por el fabricante o el cliente y si es de carácter obligatorio u opcional.
Composición Química - Indica si ésta puede ser determinada durante la colada o
en una muestra tomada del producto . Hace referencia a las tablas donde se
encuentran los valores aceptables de composición química.
Pruebas Mecánicas - Especifican los ensayos a realizar , cómo se van a realizar y
hace referencia de las tablas donde se encuentran los resultados de los ensayos
indicados.
Acabado (condición superficial)
Tolerancias dimensionales y en peso
Pruebas destructivas
Pruebas no destructivas
Frecuencia de las pruebas
Maquinado
Soldadura
Reparaciones
Marcado e identificación
Certificaciones
Inspecciones
Rechazo
Empaque y embalaje
Requisitos adicionales
5.3.4 LAS NORMAS ANSI
EL INSTITUTO AMERICANO DE NORMAS NACIONALES, provee la
mecánica para la creación de normas . Su función es eliminar la duplicidad y
fusionar normas conflictivas en una sola, nacionalmente aceptada bajo la
designación "NORMA NACIONAL AMERICANA".
Cada norma representa un acuerdo general entre grupos fabricantes, vendedores
y usuarios con respecto a la mejor práctica en la solución de un problema
específico . Las NORMAS NACIONALES AMERICANAS, por razones de
procedimientos del Instituto, reflejan el consenso nacional de fabricantes,
consumidores , organizaciones profesionales y agencias gubernamentales. El
INSTITUTO AMERICANO DE NORMAS NACIONALES, es el representante
de los Estados Unidos de Norteamérica ante la ORGANIZACION
INTERNACIONAL PARA LA NORMALIZACIÓN (ISO).
5.3.5 EL CODIGO ESTRUCTURAL - ACERO AWS D1.l
Este Código cubre los requisitos aplicables a las estructuras soldadas. Se usa
conjuntamente con cualquier Código complementario o especificación para el
diseño y construcción de estructuras de acero. No es aplicable a recipientes o
tuberías a presión. Los requisitos que son comunes a todas las estructuras, son
cubiertas en las secciones de la 1 a la 7, en tanto que las aplicables
exclusivamente a los edificios, puentes o estructuras tubulares , están en las
secciones 8, 9 y 10 respectivamente.
El Código de Soldadura Estructural - Acero AWS DI. 1, en su capítulo 6 define
los alcances, responsabilidades y obligaciones de la inspección . También
establece las condiciones en las que la inspección debe ser realizada por un
Inspector de Soldadura Certificado y menciona que los requisitos y
calificaciones del Inspector de Soldadura Certificado están establecidos en el
documento AWS QC-1, "Norma para la Calificación y Certificación de
Inspectores de Soldadura".
El párrafo 6.7.7 de este Código, establece que sólo permite que las pruebas no
destructivas necesarias sean realizadas por personal calificado como nivel 1, II y
III (en las técnicas correspondientes , según la Práctica Recomendada SNT-TC-1
emitida por la Sociedad Americana de Pruebas No Destructivas (ASNT).
l c^yrrao t» rA zaecto
PBOlldloX l[L``
PARA LA CORRECTA
CRITERIOS
5.4 ALGUNOS
INTERPRETACIÓN DE LOS DOCUMENTOS
Existe una gran variedad de normas con las que el inspector de soldadura debe
trabajar durante el desarrollo de sus actividades. Adicionalmente, la extensión de
algunas de ellas (los Códigos en especial) es amplia y la comprensión, manejo y
aplicación adecuadas de éstas dependen principalmente de la experiencia.
El estudio y la comprensión de las normas que se desarrollaron en este capítulo,
ofrecen un panorama general de éstas, pero la familiarización con los
documentos específicos se irá acrecentando con la experiencia del inspector.
Adicionalmente a lo ya expuesto, es conveniente definir el contexto en el que se
emplean dos términos muy frecuentes en las normas. El párrafo siguiente trata
este aspecto.
Existen documentos o secciones de éstos que pueden o no tener carácter de
cumplimiento obligatorio . En términos generales , cuando en un documento se
emplea el término DEBE (SHALL), se está indicando que se trata de un requisito
de cumplimiento obligatorio; cuando se emplea el término DEBERÍA
(SHOULD), se están indicando prácticas recomendadas para poder cumplir con
ciertos requisitos , esta recomendación puede o no ser cumplida.
CAPITULO VI PAGLN A
INTRODUCCIÓN F - 3
6.1
6.2
VARIABLES DE SOLDADURA F - 3
6.1.1
VARIABLE ESENCIAL DE PROCEDIMIENTO
F-4
6.1.2
VARIABLE ESENCIAL EN LA HABILIDAD
DEL SOLDADOR U OPERADOR
F-4
6.1.3
VARIABLE ESENCIAL SUPLEMENTARIA DE
PROCEDIMIENTO
F-4
6.1.4
VARIABLE NO ESENCIAL DE PROCEDIMIENTO
PENETRANTE
F-4
6.1.5
VARIABLE NO ESENCIAL EN LA HABILIDAD
DEL SOLDADOR U OPERADOR
F-4
ESPECIFICACIONES DE PROCEDIMIENTO DE F - 5
SOLDADURA
6.2.1 PROPÓSITO DE LA ESPECIFICACIÓN DE F - 6
PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA
6.3
CALIFICACIÓN DE LOS PROCEDIMIENTOS F - 6
DE SOLDADURA
6.3.1 PROPÓSITO DE LA CALIFICACIÓN DE LOS F - 7
PROCEDIMIENTOS DE SOLDADURA
6.4
CALIFICACIÓN DE LA FIABILIDAD DE LOS F - 7
SOLDADORES DE EQUIPO DE SOLDADURA
6.4.1 PROPÓSITO DE LA CALIFICACIÓN DE LA F - 8
HABILIDAD DEL SOLDADOR U OPERADOR
6.4.2 RECALIFICACIÓN DE LA HABILIDAD DEL F-8
SOLDADOR U OPERADOR
6.5
VARIABLES DE SOLDADURA CONSIDERADAS
EN LOS DOCUMENTOS DE CALIFICACIÓN
F - 8,9
6.5.1
TIPOS DE UNIÓN
F-9
6.5.2
METALES BASE
F-9
6.5.3
METALES DE APORTE
F- 10
6.5.4
POSICIONES
F- 12
6.5.5
PRECALENTAMIENTO
F - 12
6.5.6
TRATAMIENTO TÉRMICO POSTERIOR
A LA SOLDADURA
F- 12
6.5.7
GASES EMPLEADOS EN LA SOLDADURA
F- 13
6.5.8
CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS
F- 18
6.5.9
TÉCNICA
F- 18
6.6
PRUEBAS A REALIZAR PARA CALIFICAR
PROCEDIMIENTOS Y HABILIDAD DE
SOLDADORES Y OPERADORES
F - 18
6.7
RESPONSABILIDADES EN RELACIÓN A LA
CALIFICACIÓN DE PROCEDE TIENTOS
Y HABILIDAD
F -i8
CALIFICACIÓN DE PROCEDIMIENTOS DE SOLDADURA Y
SOLDADORES
INTRODUCCIÓN
La calidad de las uniones soldadas, en términos de sus propiedades mecánicas y
la frecuencia y magnitud de las discontinuidades presentes, está directamente
relacionadas con los procedimientos empleados para soldar y la capacidad de los
soldadores que emplean estos procedimientos.
Para satisfacer los estándares de calidad fijados por las normas aplicables, es
necesario que las uniones sean soldadas mediante procedimientos adecuados y
debidamente documentados . Asimismo, se debe asegurar mediante pruebas de
calificación, que los soldadores y operadores de equipo de soldadura poseen la
habilidad necesaria para emplear esos procedimientos.
Este capítulo trata sobre los propósitos , alcances, requisitos e información acerca
de las variables que se deben incluir en los procedimientos de soldadura y en los
registros de calificación de procedimientos y de habilidad del personal. También
se considera la forma de conducir las pruebas necesarias para las calificaciones
correspondientes y la preparación de los registros necesarios. Asimismo, se
indica de quién es la responsabilidad de preparar los procedimientos y realizar las
calificaciones y las funciones del inspector en relación con éstas.
6.1 VARIABLES DE SOLDADURA
Existe una gran cantidad de condiciones de soldadura que pueden cambiar entre
una operación de soldadura y otra o aún durante la misma operación. Tales
cambios pueden o no influir en las propiedades y la sanidad de las uniones
realizadas.
Las condiciones sujetas a cambios, se denominan variables de soldadura y se
agrupan en las siguientes categorías:
1. Uniones
2. Metales base
3. Metales de aporte
4. Posiciones
5. Precalentamiento
6. Tratamiento térmico posterior a la soldadura
7. Gases de combustión y de protección empleados
8. Características eléctricas
9. Técnica
También se consideran variables de soldadura, los diferentes tipos de proceso y la
designación del individuo que aplica la soldadura,(soldador. si la aplica manual o
semiautomáticamente y operador de equipo de soldadura. si lo hace mecanizada o
automáticamente). Las variables de soldadura se clasifican en las siguientes
categorías:
6.1.1 VARIABLE ESENCIAL DE PROCEDIMIENTO
Es la condición de soldadura que al cambiar provocará variaciones en las
propiedades mecánicas de la unión soldada. Por ejemplo. un cambio en el metal
base, en el metal de aporte o en el tratamiento térmico posterior a la soldadura.
6.1.2 VARIABLE ESENCIAL EN LA HABILIDAD DEL SOLDADOR U
OPERADOR
Es la condición de soldadura , que al cambiar afecta la habilidad del soldador u
operador para depositar metal de soldadura sano. Por ejemplo, un cambio de
proceso de soldadura , en la técnica, en el respaldo o en e': número "F" del
electrodo.
6.1.3 VARIABLE ESENCIAL SUPLEMENTARIA DE PROCEDIMIENTO
Es la condición de soldadura que al cambiar afecta la tenacidad de la unión
soldada. Por ejemplo. cambio en el calor aportado. en el precaientamiento. en el
tratamiento posterior. en la oscilación del electrodo o en el número de cordones.
6.1.4 VARIABLE NO ESENCIAL DE PROCEDIMIENTO
Es la condición de soldadura, que al cambiar no g̀enera cambios en las
propiedades mecánicas de las uniones soldadas . Por ejemplo. diseño de la unión,
método de limpieza o método de ranurado.
6.1.5 VARIABLE NO ESENCIAL EN LA HABILIDAD DEL SOLDADOR U
OPERADOR
Condición de soldadura que al cambiar no afecta la habilidad del soldador u
operador para depositar metal de soldadura sano.
Cuando en alguna sección de un código, correspondiente al diseño o a requisitos
generales, se imponen requisitos de tenacidad, las variables esenciales
suplementarias deben dejar de considerarse como tales y se les debe tratar como
variables esenciales.
6.2 ESPECIFICACIONES DE PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA
La especificación del procedimiento de soldadura (EPS) es un documento que
describe en detalle las variables esenciales, las esenciales suplementarias y las no
esenciales del proceso o procesos empleados en el procedimiento.
La especificación del procedimiento de soldadura, también establece los límites
permitidos para las diferentes variables. Estos límites determinan los intervalos
dentro de los cuales las variables no provocarán cambios en las propiedades
mecánicas de una unión soldada. Los criterios y parámetros para fijar estos
límites. están establecidos en los diferentes códigos v especificaciones. Una
variación superior a estos límites, se considera un cambio de variable esencial v
se debe preparar otra especificación que la considere dentro de los nuevos límites.
Generalmente, cada código o especificación establece los procesos de soldadura
permitidos. También establece las variables esenciales, las esenciales
suplementarias y las no esenciales que deben considerarse va sea que se trate de
procedimientos o habilidad de soldadores u operadores de equipo.
Un código o especificación en particular, puede considerar como esencial a
determinada variable y otro código puede no considerarla como tal. Como
ejemplo de esta situación, se pueden citar las posiciones de soldadura, el Código
de Soldadura Estructural en Acero ANSI/AWS D. 1.1 establece que las posiciones
de soldadura son una variable esencial de procedimiento. mientras que el código
ANSI/ASME BPV, no la considera como tal para casi todos los procesos (a
excepción de la soldadura de pernos) y en algunos sólo la considera como
variable esencial suplementaria.
Adicionalmente, una variable puede ser considerada como esencial para un
proceso y no esencial para otro. por un mismo código. Por ejemplo, el
F-5
Incremento mayor a 0 . 8 mm (l/32 ") en el diámetro del electrodo (en el proceso de
arco metálico con el electrodo recubierto ), pero este incremento no es considerado
como variable esencial por el ANSI / ASME MPV ni por la norma API - 1104
( Standard for Welding Pipe Lines and Related Facilites).
Para cada aplicación particular se debe preparar una EPS de acuerdo con la norma
aplicable . Para cualquier aplicación , en la que sea necesario un cambio en las
variables mayor que el permitido por los límites establecidos , se debe preparar otra
EPS.
Todos los procedimientos que se vayan a emplear durante un trabajo de código,
deben estar debidamente calificados . Los requisitos, alcances y propósitos de la
calificación se detallan en la sección 6.3 de este capítulo.
os fabricantes o contratistas que intervienen en un trab<:_io de código. son los
responsables de preparar todas las EPS necesarias para cada aplicación específica.
También es su responsabilidad calificar todos los procedimientos a emplear durante
la fabricación o construcción.
6.2.1 PROPOSITO DE LA ESPECIFICACIÓN DE PROCEDIMIENTO DE
SOLDADURA
El propósito particular de la EPS es dirigir a los soldadores v a los operadores
durante la aplicación de soldaduras de producción dentro de los términos v limites
establecidos y calificados.
6.3 CALIFICACIÓN DE LOS PROCEDLNIIENTOS DE SOLDADURA
Todos los procedimientos a emplear en un trabajo de código , deben estar calificados.
La calificación de un procedimiento consiste en soldar un ensamble de prueba en los
términos y límites de las variables definidas en la EPS correspondiente . A partir de
este ensamble se obtienen probetas , del tipo y en la cantidad especificada por cada
norma, para someterlas a ensayos mecánicos , normalmente ensayos de tracción, de
doblado guiado y algunas veces de resistencia al impacto . Los requisitos y criterios
que deben satisfacer los resultados de los ensayos mecánicos, están especificados en
los códigos correspondientes.
Los datos reales de las variables con las cuales se soldó el ensamble de prueba, así
como los resultados de las pruebas mecánicas, deben ser anotados en un
documento al que se le denomina REGISTRO DE CALIFICACION DE
PROCEDIMIENTO (RCP).
Los fabricantes o contratistas deben calificar todos los procedimientos a emplear,
deben preparar y certificar los RCP correspondientes v tenerlos disponibles
conjuntamente con las EPS, cuando el inspector los solicite.
EL código ANSI/AWS D. 1.1 establece una serie de procedimientos
precalificados , mismos que no requieren ser calificados para emplearse si la
aplicación especifica satisface los requisitos correspondientes indicados en las
diferentes secciones.
6.3.1 PROPOSITO DE LA CALIFICACION DE LOS PROCEDIMIENTOS DE
SOLDADURA
Un procedimiento de soldadura puede emplearse en un trabajo de código,
solamente cuando está calificado. Esta condición se alcanza v puede ser
documentada cuando se ha elaborado la EPS correspondiente, se han realizado
satisfactoriamente las pruebas requeridas y se ha elaborado v certificado el RCP
correspondiente.
La calificación de un procedimiento está definida v documentada en los términos
de la EPS y el RCP y su propósito es comprobar que las uniones soldadas
propuestas para fabricación o construcción satisfagan las propiedades mecánicas
requeridas para una aplicación especifica.
6.4 CALIFICACION DE LA HABILIDAD DE LOS SOLDADORES Y
OPERADORES DE EQUIPO DE SOLDADURA
Una vez calificado un procedimiento , es necesario asegurar que los individuos
que intervendrán en el trabajo de código correspondiente, tienen la habilidad
necesaria para depositar soldadura sana al emplear el procedimiento calificado.
La calificación de soldadores y operadores, se alcanza cuando el personal
involucrado suelda un ensamble de prueba en los términos y límites establecidos
en el procedimiento, y se obtienen probetas para someter las a ensayos mecánicos
(o se radiografía el ensamble) y los resultados demuestran que el individuo es
capaz de depositar metal de soldadura sano en los miembros a soldar mediante el
procedimiento propuesto.
Las pruebas a realizar y los criterios de calificación. están establecidos en las
diferentes normas aplicables v son ligeramente diferentes. pero en términos
generales consisten en pruebas de doblado guiado de la unión de prueba o de una
película radiográfica que evidencia la sanidad de la soldadura aplicada en el
ensamble de prueba.
Las condiciones en las que se soldó el ensamble de prueba y los resultados de los
ensayos practicados a las probetas. se registran en un documento conocido como
registro de calificación del soldador u operador (RCS) mismo que debe ser
elaborado, certificado y archivado por el fabricante o contratista y debe estar
disponible para el inspector que lo solicite.
El RCS establece los límites en los que el soldador u operador. está calificado ydebe hacer referencia a la EPS correspondiente y al RCP que avala la calificación
del procedimiento.
6.4.1 PROPOSITO DE LA CALIFICACION DE LA HABILIDAD DEL
SOLDADOR U OPERADOR
El propósito de la calificación del soldador, es demostrar que éste tiene la
habilidad manual de depositar metal de soldadura sano. El propósito de la
calificación del operador de equipo de soldadura. es demostrar que éste tiene la
capacidad necesaria para manipular el equipo de soldadura para producir una
unión sana.
6.4.2 RECALIFICACION DE LA HABILIDAD DEL SOLDADOR U
OPERADOR
La calificación del soldador u operador es limitada el RCS que la documenta no
es permanente. por lo que debe ser actualizada con cierta periodicidad.
Normalmente el soldador u operador debe ser recalificado si cambia una variable
esencial o si ha transcurrido un período en que el trabajador ha dejado totalmente
de soldar o si ha dejado de soldar con un proceso pero ha soldado con otro.
Generalmente los diferentes códigos consideran períodos de 6 y 3 meses para
cada una de las situaciones mencionadas respectivamente.
6.5 VARIABLES DE SOLDADURA CONSIDERADAS EN LOS
DOCUMENTOS DE CALIFICACION
La información requerida acerca de las variables de soldadura que debe incluirse
en los EPS. RCP y RCS varía de una norma a otra. Esta información se debe
preparar de acuerdo al documento particular aplicable para cada situación. En el
Apéndice III se incluyen formatos que enumeran la información más completa
posible que pueden requerir los diferentes códigos y especificaciones.
A continuación, se describen brevemente v de manera general. las variables más
ampliamente consideradas por las diferentes normas y los aspectos más relevantes
de estas variables.
6.5.1 TIPOS DE UNIÓN
Se consideran variables de soldadura asociadas con la unión, los siguientes
aspectos:
- Tipo de unión ( a tope, en esquina, traslape , en "T" v de borde)
- Tipo de ranura ( tipo "V" sencilla, doble "V". bisel sencillo . etc.)
- Diseño básico de la unión
- La adición o eliminación de respaldos
- Cambios en la composición nominal del respaldo
- Eliminación del respaldo en uniones a tope soldadas por un solo lado.
- La abertura de raíz
6.5.2 METALES BASE
Las variables principales relacionadas con los metales base , son las siguientes:
- Composición química, soldabilidad y propiedades mecánicas.
Las diferentes normas clasifican a los metales base en grupos que tienen
características similares en cuanto a composición química, soldabilidad y
propiedades mecánicas. El código ANSI/ASME BPV agrupa los diferentes
metales base que acepta para la construcción de calderas y recipientes a presión,
asignándoles un número "P".
Esta clasificación se hace con la finalidad de reducir el número de EPS y las
calificaciones correspondientes que pueden ser necesarias durante uno o varios
proyectos. Una clasificación de esta naturaleza reduce drásticamente el número
de EPS y RCP necesarios. La utilidad de esta clasificación queda de manifiesto si
se considera que el código ANSI/ASME BPV acepta unos 300 metales base con
F-9
Esta clasificación se hace con la finalidad de reducir el número de EPS y las
calificaciones correspondientes que pueden ser necesarias durante uno o varios
proyectos . Una clasificación de esta naturaleza reduce drásticamente el número
de EPS y RCP necesarios. La utilidad de esta clasificación queda de manifiesto si
se considera que el código ANSUASME BPV acepta unos 300 metales base con
diferente especificación y cada una de estas contiene varios grados del material
especificado.
Si un procedimiento se califica con un acero ASME-SA-36. con número P- 1. esta
EPS puede emplearse (si no hay cambios en las variables esenciales) para soldar
un acero ASME-SA-285 grados A, B y C o uno ASME SA-3, ambos con número
P-1.
- El espesor del metal base.
Las variaciones del espesor del metal base son una consideración importante en la
calificación de los procedimientos, ya que si esta variación es mayor a los limites
permitidos en la EPS (y calificados en el RCP), se considera una variable esencial
y se debe elaborar y calificar otro EPS.
La Tabla 6.1, indica los límites de espesor calificado según ANSIzASNIE BPV en
relación al espesor del ensamble de prueba empleado para la calificación.
6.x.3 METALES DE APORTE
Las principales variables de los metales de aporte son:
- Cambios en el número F.
Los electrodos y las varillas de soldadura, se clasifican en números "F". Esta
clasificación está basada principalmente en sus características de uso, mismas que
determinan de manera fundamental la habilidad de los soldadores, para realizar
soldaduras satisfactorias con un metal de aporte especifico. En los diferentes
códigos se incluyen tablas que describen los diferentes números "F''.
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Cambios en el número A.
La composición química de los metales de soldadura depositados, se clasifican de
acuerdo a un número "A" . Esta clasificación agrupa a los diferentes metales de
soldadura en "familias", tales como; aceros dulces (A = l), aceros al carbonomolibdeno (A = 2), aceros al cromo níquel molibdeno (A = 12), etc. Esta
clasificación también éstablece los límites de composición para cada número "A'".
Las tablas que contienen los diferentes números se incluyen en los diferentes
códigos.
- Área de la sección transversal del metal de aporte.
- Velocidad de alimentación de alambre.
- Diámetro del metal de aporte y electrodos.
- Clasificación de los fundentes ( para arco sumergido)
- Adición o eliminación de insertos consumibles.
- Adición o eliminación del metal de aporte.
- Tipo y composición del fundente.
- Adición o eliminación de metal de aporte suplementario.
6.5.4 POSICIONES
Las diferentes posiciones de soldadura , se muestran en las figuras 6.1. 6?. 6.3 v
la orientación de las soldaduras y su desviación angular permitida con respecto a
los planos horizontal y vertical , se ilustra en la figura 6.4.
6.5.5 PRECALENTAMIENTO
Las principales variables son:
- Disminución de la temperatura de precalentamiento.
- Variaciones en el sostenimiento o reducción de la temperatura después de
terminar una soldadura y antes de cualquier tratamiento térmico posterior
requerido.
- Incrementos en la temperatura máxima especificada entre cordones.
6.5.6 TRATAMIENTO TERMICO POSTERIOR A LA SOLDADURA
Las variables más comunes son:
Cuando no se emplea ningún tratamiento térmico posterior.
La temperatura del tratamiento es inferior a la crítica.
La temperatura del tratamiento es superior a la crítica.
Un tratamiento térmico con temperatura mayor a la crítica seguido por otro
tratamiento con temperatura abajo de la critica.
Cambios en la temperatura y tiempo de permanencia en horno cuando se trata
de materiales con requisitos de ensayos de impacto.
F - 12
- Adición o eliminación del tratamiento térmico de solución o estabilización en
aceros inoxidables austeníticos (al cromo-níquel).
6.5.7 GASES EMPLEADOS EN SOLDADURA
Las principales variables asociadas con los gases empleados son:
- Cambios de un solo gas de protección a otro o a una mezcla de gases; en la
composición de la mezcla de gases; omisión de gas de protección.
- Disminución en el flujo de gas.
- Adición o disminución de gas de respaldo; cambio en el flujo o composición del
gas de respaldo.
- Cambios de protección en el ambiente (empleo de vacío, por ejemplo).
- Tipo de gas combustible.
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.. .1 plano de referencia lorizontal steepre se toma bajo la soldadura Q4e se e7cá
co os i de r anido .
2. Le Inclinación del ele se mide del plano de referencia horizontal nacía el pleno de referencia vertical.
1. Ci Snquio de rotación de la cara se mide por una !loca perpendicular al ee de
la solda4ur4 y situado en un pleno vertical cdnceolendo este e)e. .a posiciónde referencia cero radianes
( Cero prados )
de rotación de la cara a^Ltsts
blamence en la dirección opuesta a la cual el eje del finaula aumenta se vira el Cinco ^P" ,
Cuando -
el ánq^+lo Ce rotación de la cara da la soldadura se eidc
ea dirección de las agujas del celo} desde la posición de referencia cero radia
nes (cero grados ),
cuando se aíra hacia el punta p.
FIGURA
6.4
ORIENTACION DE LAS SOLDADURAS
6.5.8 CARACTERISTICAS ELECTRICAS
Las principales variables son:
- Tipo de corriente (directa o alterna)
- Tipo de polaridad (directa o invertida)
- Calor aportado
- Volumen de soldadura depositado por unidad de longitud
- Tipo de transferencia del metal a través del arco
- Adición o eliminación de corriente pulsante a la fuente de energía de corriente
directa
- Variación en la corriente }, voltaje de soldadura
- Variación en la velocidad de alimentación del alambre electrodo
- Cambios de tamaño y tipo de electrodos de tungsteno
6.5.9 TÉCNICA
Las principales variables son:
- Empleo de técnica de cordón recto o cordón oscilado (en zig-zag)
- Naturaleza de la flama ( reductora, oxidante o neutra)
- Tamaño del orificio de la copa de gas
- Técnica de soldadura, hacia adelante o hacia atrás
- Método de limpieza inicial v entre cordones
- Método de ranurado
- Distancia entre la punta del contacto eléctrico v la pieza de trabajo
- Número de cordones por lado (un solo cordón o varios)
- Número de electrodos (un solo electrodo o electrodos múltiples)
- Angulo de la pistola
- Si la soldadura es depositada por un solo lado o por ambos
- Cambios de método de aplicación ( manual , semiautomático , mecanizado o
automático)
6.6 PRUEBAS A REALIZAR PARA CALIFICAR PROCEDIMIENTOS
Y HABILIDAD DE SOLDADORES Y OPERADORES
Las pruebas requeridas para la calificación de procedimientos. soldadores
operadores varían dependiendo de la situación específica (por ejemplo, si se trata
de calificar un procedimiento para soldaduras de ranura o de filete) y de acuerdo
con la norma aplicable.
F - 18
En la tabla 6 . 1 se indican los requisitos de la sección IX del código ANSI/ASME
BPV en cuanto al tipo y número de pruebas para la calificación de procedimiento
de soldaduras de ranura . La tabla 6.2 es un cuadro comparativo entre los
requisitos de tres diferentes normas.
ENSAYOS REQUERIDOS
DOCUMENTO
DOBLADO
EXAMEN
RADIO-
EXAMEN
TENSION
GUIADO
GRAFICO
VISUAL
2
4
N.R.
0-4
2-4
AST4E IX
RANURA
API 1104
RANURA *
AWS DI.!
RANURA
2
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1
N.R.
DUCTILIDAD
NICK BREAK
N.R.
2-4
-
-
si
SI
-
-
N.R.
Tabla 6.2
Tipo y número de probetas requeridas por varios documentos para la calificación
de procedimientos de soldadura.
Las pruebas para la calificación de habilidad que específica la sección IX del
código ASME que se indican en la tabla 6.1 adicionalmente también está
permitida la calificación de habilidad por medio de inspección radiográfica al
ensamble de prueba.
La forma de preparar el ensamble, obtener las probetas y someterlas a ensayo, así
como los requisitos y criterios de aceptación, están establecidos en las normas
correspondientes.
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6.7 RESPONSABILIDADES EN RELACIONA LA CALIFICACION DE
PROCEDIMIENTOS Y HABILIDAD
En términos generales , los contratistas y fabricantes que intervienen en un trabajo
a realizar de acuerdo con un código . son los responsables directos de las
soldaduras aplicadas por todos los integrantes de su organización . El contratista o
fabricante . es el responsable de preparar todas las EPS . realizar las calificaciones
y preparar , archivar v actualizar los registros correspondientes (EPS. RCP y
RCS), asimismo , tiene la obligación de mostrar estos documentos al inspector
cuando se los solicite.
Las responsabilidades v obligaciones del inspector son verificar que todos los
procedimientos a emplear durante el trabajo de código. estén debidamente
documentados en las EPS correspondientes v que las calificaciones de
procedimiento y de habilidad de soldadores y operadores estén debidamente
realizadas. documentadas y actualizadas.
Una vez que se inician las operaciones de soldadura, el inspector debe verificar
que los procedimientos correspondientes estén siendo aplicados debidamente por
soldadores y operadores, que a su vez también deben estar calificados.
Ya que la calidad de las uniones soldadas depende de los procedimientos
empleados y de la habilidad de los soldadores y operadores que trabajan de
acuerdo con estos procedimientos, un aspecto esencial de la inspección de
soldadura es verificar que las EPS satisfagan los requisitos de código, que los
procedimientos están calificados y que la habilidad del personal involucrado esté
demostrada v documentada.
El inspector de soldadura, para cumplir satisfactoriamente con sus obligaciones y
responsabilidades en relación a los procedimientos y calificaciones, debe estar
completamente familiarizado con los requisitos y consideraciones del código
específico aplicable, ya que en algunos aspectos son muy diferentes uno de otro.
Las principales diferencias, en relación a los procedimientos y calificaciones, de
los documentos más empleados, fueron consideradas a lo largo de este capítulo.
CZRTRO DE DW RROLLO
PROFESIONAL
CAPITULO. VII
7.1.
PAGINA
INTRODUCCIÓN
G-6
PRUEBAS MECÁNICA
G-6
7.1.1
ENSAYOS DE TRACCIÓN
G-7
7.1 .1.1
DIAGRAMA INGENIERIL DE ESFUERZO
DEFORMACIÓN
G-8
DIAGRAMA REAL DE
ESFUERZO-DEFORMACION
G-8
RESISTENCIA A LA TRACCIÓN Y
RESISTENCIA A LA CEDENCIA
G-10
7.1.1.4
ELONGACION
G-1 1
7.1.1.5
REDUCCIÓN DE AREA
G-12
7.1.1.6
DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA A LA
CEDENCIA Y PUNTO DE CEDENCIA
G-13
7.1.1.6.1
METODO DE C AIDA DE LA VIGA
G-13
7.1.1.6?
METODO DE VELOCIDAD DE
DEFORMACIÓN USANDO UN EXTENSOMETRO
G-13
METODO DE EXTENSIÓN TOTAL
O BAJO CARGA.
G-14
7.1.1.2.1
7.1.1.3
7.1.1.6.3
7.1.1.6.4
MÉTODO DE DESPLAZAMIENTO
ESPECIFICADO.
G-14
7.1.1.7.
TIPOS DE PRUEBA.
G-14
7.1.1.7.1.
PRUEBA DE TRACCIÓN A BASE DEL METAL
DE SOLDADURA.
G-14
7.1.1.7.1.2 PROCEDIMIENTO. G-15
7.1.1.7.1.3. VELOCIDAD DE DEFORMACIO\. G-15
CENTRO DL DW RROLLO
PROFISZONAL
CAPITULO VII PAGINA
7.1.1.7.1.4. CONDICIONES DE SUPERFICIE. G-16
7.1.1.7.1.5 LOCALIZACIÓN DE LA FRACTURA. G-17
7.1.1.7.6. INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS G-16
DE PRUEBA.
7.1.1.7.7 PRUEBA DE TRACCIÓN TRANSVERSAL. G-17
7.1.1.7.,.1. PROBETAS. G-18
7.1.1.7.2.2. PROCEDIMIENTO. G-18
7.1.1.7.2.3. VELOCIDAD DE DEFORMACION.
G-18
7.1.1.7.14. CONDICIONES DE SUPERFICIE.
G-18
7.1.1.7.2.5. LOCALIZACIÓN DE LA FRACTURA.
G-19
7.1.1.7.2.6. INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS.
G-19
7.1.1.7.3. PRUEBA DE TRACCIÓN DE SECCION.
G-19
7.1.1.7.3.1. PROBETAS.
G-19
7.1.1.7.3.2. PROCEDIMIENTO.
G-20
7.1.1.7._ .3. VELOCIDAD DE DEFORMACIÓN.
G-20
7.1.1.7.:.4. CONDICIONES DE SUPERFICIE.
G-20
7.1.1.7.= .3. LOCALIZACIÓN DE LA FRACTURA.
G-20
7.1.1.7.3.6. INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS.
G-20
7.1.2. ENSAYO DE DOBLADO.
G-22
7.1.2.1 PRUEBA DE DOBLADO.
G-23
7.1.2.1.' PROBETA.
7.1.2.1.'. PROCI^: UI^I1F,N^t^O .
G-26
CAPITULO VII
7.1 2.1.3. ALARGAMIENTO DE FIBRAS.
7.1.2.1.4. RESULTADOS.
7.1.22.22. PRUEBA DE DOBLADO GUIADO.
7.122.1. PROBETAS.
7.1 2 22.
PROCEDIMIENTO.
7.1 22.3. PARÁMETROS DE PRUEBA.
7.1.2.2.4 CONDICION SUPERFICIAL
7.1 22.3.1. RADIO DE DOBLADO.
7.12-2.-1. RESULTADOS.
7.1.2 2.^.
INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS.
7.1.2.3 PRUEBA DE DOBLADO DE UNA CAPA DE
SOLDADURA DEPOSITADA.
7.1.2.3.1 PROBETA.
7.1.2.32 PROCEDIMIENTO.
7.1.2.3.1. PAR.ÁNIETRO DE PRUEBA.
7.1.2.3.3.1. CONDICIONES DE SUPERFICIE.
7.1.2.3.3.2. RADIO DE DOBLADO.
7.1.2.3 RESULTADOS.
7.1.2.4 PRUEBA DE DOBLADO CON RADIO
PROGRESIVO.
7.1 2.3.2. PROBETAS.
7.1 2.3.=. PROCEDIMIENTO.
CAPITULO VII
PAGINA
7.; .x.4.3
PARANIETROS DE PRUEBA
G - 46
7.1.2.4.3.1
CONDICIONES DE SUPERFICIE
G-46
7.12.4.3.2
ALINEAMIENTO
G-46
7.12.4.4
RESULTADOS
G - 46
7.1.2.4.E
INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS
G - 47
7.1.22.5
PRUEBA DE DOBLADO PARA PROBETAS EN T
G - 31
7.1.3
ENSAYO DE INIP A CTO
G - 31
7.1.3.1
PRUEBAS DE IMPACTO CHARPY
G-
7.1.3.1.1
PROBETAS
G - 56
7.1.3.12
PROCEDIMIENTO
G - 56
7.1.3.1.3
PARANIETROS DE PRUEBA
G - 37
7.1.3.1.4
RESULTADOS
G - 58
7.1.4
ENSAYO
G - 58
7.1 .4.1
ENSAYO DE DUREZA BRINELL
G - 39
7.1.4.2
PRUEBA DE DUREZA ROCKYVELL
G - 62
7.1.4.3
PRUEBA DE DUREZA VICKERS
G - 66
7.2
ANÁLIS QUÍMICO
G - 67
7.3
ENSAYO DE METALOGRAFÍA
G - 67
7. 5.1 ATAQUE DE LA PROBETA G - 6U
CAPITULO VII
7.3.2 MACRO PROBETAS
7.3.3 MICRO PROBETAS
ENSAYOS DESTRUCTIVOS
INTRODUCCIÓN
Históricamente , las pruebas de soldadura son tan antiguas como la soldadura
misma. Las primeras pruebas fueron directamente hacia la detección de grandes
imperfecciones y evidencias de ductilidad; esto, introdujo pruebas diseñadas para
determinar las propiedades químicas, mecánicas y metalúrgicas , y para localizar
imperfecciones tales como fracturas , porosidades , fusión incompleta. penetración
inadecuada en las juntas y tropamiento de escoria.
Estas pruebas, han sido normalizadas para efectuar la calificación de
procedimiento de soldadura , habilidad de soldadores y operadores , y para ejercer
un adecuado control de calidad.
Las pruebas destructivas serán ejecutadas con bastante atención en la preparación
de la probeta y procedimiento de prueba . La calidad y confiabilidad de los
resultados estará en proporción directa con el cuidado tomado en la prueba. En
general , el término prueba destructivo es usado al describir un proceso de
evaluación de una soldadura, por una técnica donde es necesario destruir la
probeta o destruir cierta habilidad en función de la aplicación designada. La
prueba destructivo debe usarse como una forma de muestreo parcial y no total.
La responsabilidad del inspector es ver que las especificaciones de prueba sean
apropiadamente conducidas , y hacer un juicio basado en los resultados de dicha
prueba . El juicio será para aceptar o rechazar el trabajo producido . El inspector
deberá estar familiarizado con las pruebas para detectar las imperfecciones en los
resultados de prueba y en el muestreo , así como las imperfecciones de las uniones
soldadas. Todo lo anterior con el fin de poder hacer una adecuada toma de
decisiones.
7.1 PRUEBAS MECANICAS
Las propiedades mecánicas pueden definirse específicamente como aquellas que
tienen que ver con el comportamiento de un material bajo fuerzas aplicadas. Las
propiedades mecánicas se expresan en términos de cantidades que son funciones
del esfuerzo o de la deforción o ambas simultáneamente.
El ensayo mecánico se ocupa de la medición de las propiedades mecánicas. Las
propiedades fundamentales son resistencia, elasticidad, plasticidad y tenacidad
energética. La resistencia de un material se mide por el esfuerzo según el cual se
desarrolla alguna condición limitativa específica, que puede ser la terminación
elástica o la ruptura. La dureza, usualmente indicada por la resistencia a la
penetración de un material, puede considerarse como un tipo de medida particular
de resistencia.
La elasticidad se refiere a la capacidad de un material para deformarse no
permanentemente al aplicarle un esfuerzo, y volver a su estado original al
restirarle ese esfuerzo. El término plasticidad, se usa para indicar la capacidad de
deformación permanente sin que ocurra ruptura. La energía requerida para
romper un material se toma como la medida de su tenacidad.
Es importante conocer los resultados metalúrgicos (a menudo de composición) y
la diferencia de una junta soldada, así como los efectos y cambios sobre las
propiedades mecánicas. Por lo tanto, las pruebas de tracción, dureza, doblado e
impacto son frecuentemente usadas para indicar la conveniencia de la junta
soldada en servicio y a menudo son usadas para calificar procedimientos de
soldadura o apego a las especificaciones de los códigos de soldadura requeridos.
Debe notarse que las pruebas anteriores involucran una tensión, que es la
aplicación del esfuerzo sobre la probeta.
Las pruebas mecánicas son de interés para diseño. al determinar tamaños y
formas necesarias para soportar cargas. Para productos soldados, el inspector
debe verificar lo siguiente: se requerirá la prueba específica, el número de probeta
y su orientación específica, el estándar AWS aplicable (u otro) que cubra los
procedimientos de prueba, los limites numéricos de las propiedades v, si éstas son
mínimo o máximo, y su interpretación, de esas propiedades.
La terminología usada en esta sección va de acuerdo a la "Definición estándar de
Términos Relacionados con los Métodos de Tensión ". ASTM E 6.
7.1.1 ENSAYOS DE TRACCIÓN.
Las propiedades del metal que usualmente son determinadas en la prueba de
tracción son la resistencia a la tracción, resistencia de cedencia. porcentaje de
elongación y porcentaje de reducción de área. Para comprender estos términos,
es necesario considerar cómo reacciona el metal cuando está sujeto a una carga.
Antes de cualquier otra explicación, deben definirse los siguientes términos.
Esfuerzo es la resistencia interna del metal cuando es aplicada a éste una carga
externa. Se expresa en unidades de fuerza por unidad de área y es numéricamente
igual a la carga externa aplicada, dividida por el área de sección transversal inicial
de la probeta.
Deformación es un término usado para describir la cantidad de alargamiento de
una parte de la probeta cuando es tensionada. Esto es expresado como la longitud
de alargamiento dividido sobre la longitud inicial de la probeta.
7.1.1.1 DIAGRAMA INGENIERIL DE ESFUERZO-DEFORMACIÓN.
Una mejor interpretación de una prueba de tracción puede hacerse por medio de
un diagrama esfuerzo-deformación, donde se grafica cada esfuerzo dado contra
una deformación correspondiente (elongación), como se muestra en la figura 7.1.
La línea recta de A y B representa cargas y deformaciones en el intervalo elástico
y hasta el punto B, el material podrá regresar a su posición original después de
liberarle la carga. A partir de la carga representada por el punto C. se inicia la
deformación plástica a tal velocidad que hay una liberación de esfuerzos por lo
que ocurre una caída en la carga. El esfuerzo del punto C es conocido como el
punto de cedencia, y cargas superiores a este punto causarán deformación
permanente al liberar la carga.
La máxima resistencia a la tracción de un material es definida como la mayor
resistencia en unidades 1 de fuerza por unidad del área original de la probeta, es
decir, es el esfuerzo máximo que soporta la probeta y está representado en la
figura 7.1 por E. Por esta definición los materiales dúctiles tienen elongación
apreciable y formación de cuello, considerable reducción de área en la sección
transversal y ruptura a cargas bajas. La resistencia a la ruptura representada por F
es considerablemente inferior a la resistencia máxima a la tracción y la resistencia
a la ruptura son muy similares.
7.1.1.2 DIAGRAMA REAL DE ESFUERZO-DEFORMACIÓN.
La diferencia entre un diagrama esfuerzo-deformación ingenieril otro diagrama
esfuerzo-deformación real se encuentra en la región plástica. El esfuerzo real
continúa su incremento durante la prueba. como se muestra en la figura 7.2. y al
esfuerzo máximo ocurre la ruptura final. mientras que la curva ingenieril tiene el
comportamiento mostrado en la figura 7.1 y que es la obtenida prácticamente. La
curva ingenieril se muestra con líneas punteadas en la figura 7. 2.
Para propósitos de diseño, el punto de cedencia es la mejor medida de la utilidad
del material, puesto que lo que interesa es que, durante el servicio no se rebase el
límite de deformación elástica, es decir, que no haya deformación plástica.
ELONGACIO`. DEL CL ELLO
ELONGACION UNIFORME
RESISTENCIA DE
CEDENCIA
ESPECIFICADA
PLNTO DE
CEDENCIA
FRACT RA
RESISTENCIA A
LA CEDENCIA POR
EXTENSION BAJO
CARGA
RESISTENCIA
A LA TR.ACCION
DEFORMACION
FIGURA 7.1
Ingenieril de Esfuerzo Deformación
ESFUERZO
DE
FRACTURA
CIPMO D O
tUOIES ION A L - - //
CURVA REAL
CURVA DE INGENIEPIA
DEFORMACION E , mm/mm (pp „bu¡Q
FIGURA 7.2.
Curva real de esfuerzo - deformación
7.1.1.3 RESISTENCIA A LA TRACCIÓN Y RESISTENCIA DE CEDENCIA
Para calcular la resistencia a la tracción y la resistencia de cedencia. se debe
considerar el área de sección transversal de la probeta al iniciar la prueba.
La reducción del área como resultado del alargamiento y formación de cuello no
se toman en cuenta para estos cálculos.
La resistencia máxima a la tracción (Se). es la máxima carga aplicada (esfuerzo),
dividida por el área de sección transversal original de la probeta.
Estos son expresados matemáticamente como:
s, =
P,
A
St -
P,
A
Donde:
P, = Carga última en el punto de cedencia sobre la probeta, indicada por la
máquina de tensión, en kilogramos o libras.
P^. = Carga en el punto de cedencia sobre la probeta, indicada por la máquina de
tensión, en kilogramos o libras.
A = Área de sección transversal original de la probeta en milímetros cuadrados o
pulgadas cuadradas.
7.1.1.4 ELONGACIÓN
Una medida de ductilidad es determinada por medición del alargamiento del
metal (elongación) y expresado esto como un porcentaje de la longitud original.
Para determinar el porcentaje de alargamiento, se hacen dos marcas a una
distancia especificada sobre la probeta antes de la prueba. Después de la ruptura.
las dos partes de la probeta son cuidadosamente ensambladas y la distancia entre
las dos marcas indicadoras es medida nuevamente con mucho cuidado (ver tabla
l).
E = G2-G1 x100
Gl
Donde:
E = Porcentaje de elongación.
Gl = Longitud indicadora original
G2 = Longitud indicadora final.
Algunas veces, por maquinado defectuoso o algún otro factor de la probeta no
rompe la porción central de la longitud indicadora. En estos casos, la prueba
usualmente no es aceptable, y deberá repetirse porque la mayoría del
alargamiento ha tenido lugar en una posición fuera donde originalmente se
determinó.
7.1.1.5 REDUCCIÓN DE ARFA
La reducción de área es otra medida relacionada con la ductilidad v, como indica
la figura 7.3, la probeta decrece en diámetro y en área de sección transversal
durante la prueba.
Después que la probeta se rompe, se mide el diámetro reducido de la porción del
cuello, y el porcentaje de reducción del área es calculado por la fórmula:
R = - Al - A2 x 100 ó R = D2 - d2 x 100
Al
D2
Donde:
Al = Área de sección transversal original de la probeta.
A2 = Área de sección transversal. como sección más pequeña de la ruptura.
D = Diámetro original de la probeta.
d = Diámetro de sección más pequeña después de la ruptura.
A
B
c
1)
FIGURA No. 7.3 Etapas de deformación exhibidas por una probeta redonda
dúctil. La probeta original es mostrada por A. Etapas sucesivas de alargamiento
son mostradas por B, C, y D. D ilustra la formación del cuello.
7.1.1.6. DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA DE CEDENCIA Y PUNTO
DE CEDENCIA.
La resistencia de cedencia es el esfuerzo al cual un material exhibe una
desviación especifica de la proporción constante entre esfuerzos y deformación.
El punto de cedencia es definido como el primer esfuerzo de un material al cual
ocurre un aumento en la deformación sin un incremento de la carga.
Só lo ciertos metales exhiben un punto de cedencia.
Las propiedades de cedencia son usualmente obtenidas de probetas de una sola
"fase". es decir. sólo del metal base o sólo del metal de soldadura. Por lo tanto.
existen cuatro métodos para determinar el punto de cedencia.
7.1.1.6.1 METODO DE CAIDA DE LA VIGA.
En este método se aplica a la probeta una carga creciente a velocidad uniforme.
Cuando se usa una máquina con placa y contrapeso, se debe mantener la viga en
equilibrio moviendo el contrapeso a una velocidad aproximadamente uniforme.
Cuando se alcanza el límite elástico del material, el aumento de carga se
interrumpe, y se corre el contrapeso un poco más allá de la posición de equilibrio
y la viga caerá por un breve pero apreciable intervalo de tiempo. Cuando se
emplea una máquina equipada con carátula indicadora de carga, se presenta una
detención u oscilación de la aguja indicadora, lo que corresponde a la caída de la
viga. La carga en el momento de la caída de la viga o de la detención de la aguja
indicadora se registra como el esfuerzo correspondiente al límite elástico, es
decir, el punto de cedencia.
7.1.1.6.2. MÉTODO DE VELOCIDAD DE DEFORMACIÓN
USANDO UN EXTENSÓMETRO.
En este método, un extensómetro que detecta hasta 0.0001 unidades por unidad
de longitud indicada (Clase B-1) es sujetado a la probeta en las marcas
indicadoras. La carga es incrementada a una velocidad uniforme. El observador
verá la elongación de la probeta como muestra el extensómetro y anotará para
esta determinación la carga a la cual la velocidad de alargamiento muestre un
súbito incremento.
7.1.1.6.3 MÉTODO DE EXTENSIÓN TOTAL O BAJO CARGA.
Se sujeta un extensómetro a la probeta en las marcas indicadoras. La probeta es
colocada en la máquina de tensión y se aplica una carga con un incremento
razonable de velocidad. Cuando se alcanza una extensión específica debido a la
carga, el esfuerzo correspondiente a esta carga es anotado como resistencia de
cedencia no mayor a 550 Mpa (85 Ksi) un valor apropiado a la cedencia 0.005
mmímm ó 0.005 pulgípulg.). que es equivalente a 0.0 10 pulgadas en 2 pulgadas.
7.1.1.6.4 MÉTODO DE DESPLAZAMIENTO ESPECIFICADO.
Sobre el diagrama esfuerzo deformación mostrado en la figura 7.1, se traza una
línea recta paralela a dicha recta correspondiente al valor de desplazamiento
especificado. La carga correspondiente al punto donde ésta línea recta intercepte
la curva inicial, dividido sobre el área de sección transversal original de la
probeta, es el valor de resistencia de cedencia. Al reportar los valores de
resistencia obtenido por este método de desplazamiento especifico deberá ponerse
entre paréntesis después del término resistencia de cedencia.
Por Ejemplo:
538 Mpa (52 Ksi) resistencia de cedencia (0.2°.'o) " Lo anterior indica que a un
esfuerzo de 538 Mpa (52 Ksi) el punto aproximado de deformación permanente
está a un 0.2% de la longitud original
7.1.1.7. TIPOS DE PRUEBA DE TRACCIÓN
Las pruebas de tracción comúnmente usadas aplicadas a soldaduras son: las
pruebas de tracción de la base, de sección transversal y sección reducida.
7.1.1.7.1 PRUEBA DE TRACCIÓN A BASE DEL METAL DE SOLDADURA.
Para esta prueba el metal base se corta de la soldadura y se prepara una probeta
redonda (ver tabla 1) con el metal de soldadura sobrante. La probeta es cargada
(traicionada) longitudinalmente y la resistencia a la tensión, resistencia de
cedencia y elongación son determinadas usando las fórmulas apropiadas. Las
placas de prueba generalmente se radiografían antes de maquinarse.
Una característica interesante de la fractura de probetas redondas es la ruptura en
forma de copa y cono. Una sección exhibe un extremo en forma de copa con
borde completo, mientras la otra es un cono que ensambla exactamente en la
copa. Tal ruptura es exhibida por probetas redondas de metales dúctiles, libres de
discontinuidades. Una ruptura irregular puede resultar de una discontinuidad, y la
ausencia de copa y cono indica que el metal es de baja ductilidad (frágil).
7.1.1.7.1 PROBETAS
La probeta estándar es de 10 mm de diámetro si usamos las unidades del Sistema
Internacional , y 0.505 pulgadas si usamos las unidades del Sistema inglés.
Cuando el tamaño de la junta soldada o el metal de soldadura depositado es tan
pequeño que no puede maquinarse la probeta , pueden usarse probetas mas
pequeñas de tamaño proporcional.
7.1.1.7.1.2 PROCEDIMIENTO.
Se mide la probeta a la mitad de la sección reducida en milímetros (pulgadas), así
como, la longitud inicial definida por una marca en cada extremo. La resistencia
de cedencia se determina por el 0.2 % de la longitud inicial al método de
desplazamiento especificado y se determina en el diagrama esfuerzodeformación.
La probeta se fractura bajo cierta carga de tracción y se determinan a la carga
máxima en Mpa.
7.1.1.7.1.3 VELOCIDAD DE DEFORMACIÓN
A menos que se indique lo contrario en las especificaciones del metal base o el
metal de soldadura, la velocidad de deformación cumplirá lo siguiente:
(1) Puede usarse cualquier velocidad de prueba hasta la mitad de la resistencia de
cedencia o punto de cedencia para probetas de metal de soldadura.
(2) La velocidad de prueba permitirá cargas y deformaciones para obtener
resultados exactos.
(3) Durante una prueba para determinar un punto de cedencia. resistencia de
cedencia. o propiedades elásticas, la velocidad de aplicación del esfuerzo no
excederá de 100,000 psi (698 MPa) por minuto, a menos que el suministrar
altas velocidades de aplicación de esfuerzo no tenga efecto sobre los
resultados.
7.1.1.7.1.4 CONDICIONES DE SUPERFICIE
Cuando el propósito de la prueba es la calificación del procedimiento de
soldadura, calificación de soldadura, o control de calidad de la producción.
cualquier defecto que presente en la parte efectiva de la prueba es incidental del
proceso y no debe ser removido. La superficie final entre las marcas indicadoras
no tendrá una rugosidad mayor a 0.063 pulgadas (1.6 m).
7.1.1.7.1.5 LOCALIZACIÓN DE LA FRACTURA.
La prueba no será válida si la fractura ocurre fuera de la longitud reducida. La
prueba con probetas a base de metal de soldadura no será válida y volverá a
repetirse si:
(1) La fractura ocurre fuera de las marcas indicadoras.
(2) La fractura ocurre a menos de tres cuartas partes del diámetro de cada marca
indicadora, cuando ocurre la formación del cuello.
7.1.1.7.6 INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS DE PRUEBA.
La probeta a base de metal de soldadura proporciona una evaluación exacta de las
propiedades del metal de soldadura depositado.
DIMENSIONES
Probeta
D (a)
G
R. min A (b)
Estándar mm..... 10.0±0.2
50.8+0.13
57
10
0.505±0.010
2.000±0.005
puig....
3/8
2'/2
más pequeña mm .. 8.9±0.18
3 5.6+0. 13
44
10
1.400±0.0005
pu1g..... 0.350±007
3/8
13/4
25.4+0.13
mm..... 6.4±0.13
6
32
'/4
pulg..... 0.250±0.0005 1.000±0.005
1'/4
TABLA 1. Dimensiones para probeta redonda
(a) La sección reducida puede tener un ligero ensanchamiento del centro hacia los
extremos, con éstos no mayores de 0.13 mm. (0.005 pulg.) en diámetro que el
centro, en la probeta estandarizada v no mayor de 0.08 mm. (0.003 pulg.) en
diámetro que el centro en las probetas más pequeñas.
(b) Si se desea. en las probetas de diámetro pequeño la longitud de la sección
reducida puede ser incrementada para acomodar un extensómetro.
Sin embargo, las marcas de referencia para la medición de elongación deben
tener la separación indicada en la tabla 1.
(c) La longitud entre marcas y filetes debe ser como se muestra en la figura pero
los extremos pueden ser sujetados por las mordazas de la máquina, de tal
manera que la carga sea axial.
(d) La superficie final dentro de la dimensión C tendrá una rugosidad no mayor a
1.61 (63,( pulgadas)
7.1.1.7.2 PRUEBA DE TRACCIÓN TRANSVERSAL
Con este ensayo se obtienen resultados de evaluación de la eficiencia de la unión
soldada por la determinación de la resistencia a la tracción. Debe notarse que la
resistencia de cedencia y la elongación generalmente no son determinadas para
esta prueba.
7.1.1.7.2.1 PROBETAS
La probeta contiene tanto metal base como metal de soldadura . Una probeta
redonda ( como la mostrada en la tabla 1), o la probeta rectangular mostrada en la
figura 7.4, se corta transversal al área de la placa de la prueba.
7.1.1.7.2.2 PROCEDIMIENTO
La probeta se coloca en la máquina de tensión y se le sujeta un extensómetro en
las marcas indicadoras. Al aplicar la carga, la probeta se alarga a velocidad
uniforme, después empieza a haber un cambio en la relación esfuerzodeformación, tronando la probeta debido a la carga aplicada, anotando la carga
máxima en libras (Newtons).
BORDE DE _- CARA
^DE SOLDA CURA
COMO SE REOUIERE / -^
W = ? B' D.3 si T 25
1 1,
W :25_ D.3s' T>25
^_-^ SECCION M4CUiNG SA
?4EFEERIeLEMENTE POR FRES...,C
LAS DIMENSIONES ESTÁN EN
MILI ME7RO5
25
4 mm
= 1 pulgodo
FIGURA 7.4.
Probeta con soldadura transversal para ensayo de tracción de soldadura en placa.
7.1.1.7.2.3 VELOCIDAD DE DEFORMACIÓN
A menos que se indique lo contrario , la velocidad será así:
(1) Puede usarse cualquier velocidad de prueba hasta un cuarto de la resistencia a
la tracción.
(2) La velocidad de prueba permitirá cargas y deformaciones para obtener
resultados exactos.
7.1.1.7.2.4 CONDICIONES DE SUPERFICIE.
Para propósitos de calificación del procedimiento de soldadura, calificación de
habilidad de soldadores y operadores o control de producción, cualquier defecto
que se presente en la parte efectiva de la probeta es incidental del proceso y no
debe ser removido. La superficie final entre marcas indicadoras no tendrá una
rugosidad mayor a 63i'pulgadas (1.6 )
7.1.1.7.2.5 LOCALIZACIÓN DE LA FRACTURA
La prueba no será válida y deberá repetirse si la fractura ocurre fuera de la
longitud reducida.
7.1.1.7.2.6 INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS.
La prueba con soldadura transversal no mide exactamente las propiedades de
tracción de cada componente (metal de soldadura, metal base y zona afectada
térmicamente). especialmente cuando sus resistencias varían grandemente. En
general, la prueba representa la resistencia y propiedades del componente más
débil, y no puede relacionarse con los demás componentes.
7.1.1.7.3 PRUEBA DE TRACCIÓN DE SECCIÓN REDUCIDA.
Se usa para determinar la resistencia a la tracción de uniones soldadas.
7.1.1.7.3.1 PROBETAS.
La probeta de tracción con soldadura en sección longitudinal mostrada en la
figura 7.5 se usa especialmente cuando el metal de soldadura y el metal base
difieren mucho en resistencia.
La probeta de tracción para tubería soldada o tubos mayores de 50 mm de
diámetro ( 2 pulg .) se muestra en la figura 7.6. Una probeta de tensión de sección
completa, ( figura 7 . 7) se usa para uniones soldadas en los extremos en tuberías o
tubos menores a 50 mm . de diámetro (2 pulgadas de tamaño nominal del tubo);
los detalles de las dimensiones de la probeta se muestran en AWS B4.0. para
metales base en ASTM R 8-84.
Las especificaciones particulares pueden designar cuál de las probetas descritas se
usará y la forma en que será cortada la placa preparada o el tipo de tubo.
7.1.1.7.3.2 PROCEDIMIENTO
El ancho mínimo y el espesor correspondiente de la sección reducida de la
probeta será medida en pulgadas (milímetros). La probeta será ensayada bajo
carga de tracción v se anotará la carga máxima en libras (Newtons).
7.1.1.7.3.3 VELOCIDAD DE DEFORMACIÓN
A menos que se indique lo contrario, por la especificación aplicable del metal
base, cualquier velocidad de prueba puede usarse hasta un cuarto de la resistencia
a la tracción especifica del metal base. La velocidad de la deformación más allá
de este punto no excederá de 0.5 pulg/pulg. (0.5 mm/mm) de la longitud
indicadora por minuto.
7.1.1.7.3.4 CONDICIONES DE SUPERFICIE
Cuando el propósito de prueba es el de obtener datos académicos de las
propiedades del material, la parte efectiva de la prueba deberá estar libre de
defectos superficiales que influyan en los valores a determinar.
Cuando el propósito es calificar un procedimiento de soldadura, la habilidad del
soldador o el control de calidad de la producción, cualquier defecto presente en la
parte efectiva es incidental y no debe ser removido. La superficie final no deberá
tener una rugosidad mayor a 125 micro pulgadas (3qm).
7.1.1.7.3.5 LOCALIZACIÓN DE LA FRACTURA.
La prueba no será válida y deberá repetirse si la fractura ocurre fuera del área de
sección reducida.
7.1.1.7.3.6 INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS.
La probeta con soldadura transversal se usa como une medida para evaluar la
eficiencia de la unión. En la probeta con soldadura longitudinal, todas las zonas
de la unión se deforman simultáneamente. Las soldaduras con pobre ductilidad
pueden iniciar la falla debajo de la carga máxima de tracción del metal base.
Soldaduras con buena ductilidad y más baja resistencia a la tracción que la del
metal base pueden deformarse plásticamente hasta alcanzar la resistencia v
ductilidad de uniones soldadas, se usa la probeta transversal y la probeta
longitudinal.
;_ONGITUD
` 'N DICACA --
_ AS CIMENSIONES E_TAN EN MILI ME7RCS 2 5
4 mr^ r 1 culgada
FIGURA 7.5
Probeta longitudinal para ensayo de tracción de soldadura en placa.
BORDE DE L .. CARA
CE _A SOL.CACURA
R= SG
\ 'DMC SE RECUIERE T
7
6
MAGUINAR L MINIMA CANTIDAD
NECESARIA ?ARA CeTENER CARAS
LANAS PARALELAS SCBRE LA
SECC:CN REDUCIDA.
ES- ECO O N MAOUINAC
PRZE RI EMEN-_
POR FRESADO
FIGURA 7.6
Probeta de tensión para tubo o tubería mayor de 50 mm. de diámetro ( 2 pulgadas
de tamaño nominal)
Para diámetro de tubo de 50 a 75 mm ., W = 13 mm.
Para diámetros de tubo de 150 a 200 mm., W = 19 mm.
G-21
1
4
Tin
i
f
nv«' JML^
J
VC
l.N
tilA
-^DE
QU
TENSION
Tz, a0N
FIGURA 7.7
Probeta de tensión mandril sujetador para un tubo de sección completa menor a
50 mm. de diámetro (2 pulgadas de tamaño nominal).
7.1.2. ENSAYO DE DOBLADO
Los materiales que tienen deformaciones por estar afectados en sus propiedades
por el calor localizado o estar sometidos a cargas de doblado, son probados por
ensayo de doblado para evaluar la ductilidad y viabilidad de uniones soldadas.
Como en la prueba de tracción, la probeta para doblado debe ser de tal forma y
tamaño que pueda prepararse a partir de la pieza; los ensayos de doblado con
soldadura transversal se usan en calificación de soldadura y operadores, porque
revelan totalmente la presencia de discontinuidades que no son detectadas en
pruebas de tracción. La prueba de doblado es sensitiva a la resistencia relativa del
metal de soldadura, la zona afectada térmicamente y el metal base.
Los ensayos de doblado tienden a detectar en la soldadura grietas grandes
orientadas inherentemente al eje de la soldadura debidas a fusión incompleta.
penetración inadecuada en la unión, o bajo corte, por lo que necesitan pruebas de
carga transversal.
Las pruebas donde la deformación ocurre en toda la sección transversal de
doblado donde se tiene soldadura, son especialmente usadas para exponer
defectos cerca de la mitad del espesor que no contribuiría a la falla en la cara o
base de prueba de doblado.
Las normas generalmente especifican un tamaño máximo permisible de fisura
sobre la superficie convexa para pruebas de doblado hechas para calificación de
soldadura o calificación de procedimientos. Descripciones más detalladas de
procedimientos de prueba de doblado pueden obtenerse de las normas aplicables.
tales como las normas AWS.
Los inspectores de soldadura deberían estar bien capacitados para comprender e
interpretar los resultados reportados. Los puntos importantes son:
1. Los filos o marcas de herramienta deberán correr prudentemente a lo largo de
la barra.
2. Los bordes generalmente pueden redondearse.
3. Las barras deben tratarse térmicamente de acuerdo con el procedimiento de
soldadura del cual fue llevado a cabo y que se está ensayando. Si el
tratamiento térmico no se específica, las barras son probadas como fueron
soldadas.
4. El radio de doblado puede ser grande para ciertas aleaciones.
5. El dispositivo de doblado debe ser lubricado para prevenir esfuerzos sobre la
barra.
Esencialmente el ensayo consiste en doblar bruscamente una barra a un ángulo
grande y notar si ocurre o no agrietamiento en la superficie exterior de la pieza
doblada, determinando además el ángulo de doblado al cual se inicia el
agrietamiento.
7.1.2.1 PRUEBA DE DOBLADO LIBRE.
Esta prueba sirve para determinar la ductilidad de soldaduras en juntas soldadas a
tope (por penetración) califica la sanidad v la calidad de la fusión del metal base.
El doblado libre se obtiene de fuerzas en el punto de máximo doblado. El
alargamiento de fibras es el aumento en la longitud indicadora inicial, expresado
por el porcentaje de esta última.
7.1.2. 1.1 PROBETA
La probeta debe tomarse a no menos de 25.4 mm. a partir de la orilla soldada. con
anchos de 1 a 1.5 veces su espesor. Las superficies exteriores deben estar libres
de ralladuras transversales y otros defectos. Las esquinas pueden redondearse.
La soldadura debe maquinarse, limarse o esmerilarse en el lado de tensión, en
sentido transversal a la soldadura. El espesor mínimo de la probeta será de 6.3
mm.
Las marcas indicadoras deben marcarse ligeramente en el lado de tensión de la
soldadura. la longitud entre marcas en lo que se mide la elongación, será
aproximadamente 3.0 mm. (0.118 pule.) menor que el ancho de la cara de la
soldadura.
Si se corta con soplete debe
maquinarse a no menos de
=.2 mm de la orilla
-11
1.6 mm . min
El refuerzo de la soldadura
debe maquinarse al ras
del metal base.
Orilla de la cara más ancha
de la soldadura.
3.2 mm . min
11-_ Lineas de calibración
W=1!:
FIGURA 7.8 A
Espesor de
la probeta
Ancho
" e"
w
Longitud
L mi-
nima en mm.
(a)
Dimensidn
A minima
-
en mm, (b) {
en mm .
en mm.
6.35
9.53
152
31.8
9.53
14.29
203
31.8
12.70
19.05
229
31.8
15.88
23.81
254
50.8
19.05
28 , 58
279
50.8
25.40
38.10
305
50.8
31.75
47.63
343
50.8
38.10
57.15
381
50.8
50.8
76.20
457
50.8
63.50
95.25
533
76.2
FIGURA 7.8.
Dimensiones de las probetas.
(a) La longitud L se da únicamente como sugerencia pero no es obligatoria.
(b) Para la dimensión A, véase la Fig. 7.1.
FIGURA 7.8.B
Dimensiones de la probeta de la figura 7.8 A.
Para probetas procedentes de tubos , pueden tener las mismas dimensiones que las
probetas de placa y la forma de obtenerlas de los tubos se muestra en la figura
7.9.
Nota. Si se corta con soplete. debe maquinarse a no menos de 3.2 mm. de las
orillas, en todas las probetas.
NOTA: SI se corta con soplete , debe moquinaree a no menos de
3.2 mm. de las orillas de todoe Ion
eepoclm.nee.
3.2 mm.
FIGURA 7.9.
Probeta de doblado libre para tubos.
7.1.2.1.2 PROCEDIMIENTO
Se realiza un doblado inicial por cualquier dispositivo conveniente.
aproximadamente a 30 grados. Después. la probeta debe colocarse entre dos
placas adecuadas, comprimiéndola en sus extremos, con la aplicación de la fuerza
continúa hasta el alargamiento requerido, (ver Fig. 7.10). Si se presenta una grieta
u otro defecto que exceda al tamaño permisible, en cualquier dirección sobre la
cara convexa de la probeta , deberá liberarse la carga inmediatamente: Si se
presentan grietas en las esquinas de la porción doblada se toman en cuenta a
menos que excedan el tamaño especificado para grietas en esquina. La velocidad
de prueba no es importante mientras no se apliquen impactos.
Ande de¡ espermen más Diamante
a ncho,mds 32 mm
2
= mín.
FIGURA 7.10.
Dispositivo recomendado para doblado final en probetas de doblado libre.
7.1 ALARGAMIENTO DE FIBRAS
Una vez que se libera la carga, se mide con una cinta flexible la longitud final
entre marcas indicadoras, incluyendo el ancho de cualquier grieta en la longitud
indicadora, con una aproximación de 0.25 mm. El porcentaje del alargamiento.
Si éste se obtiene de la fórmula:
E = - G2-G1 x 100
G1
Donde:
Gl = Longitud indicadora original.
G2 = Longitud indicadora final.
7.1 2.1.4 RESULTADOS.
Los resultados primordiales a obtener son el porcentaje de alargamiento de las
fibras exteriores, el tamaño y descripción de las grietas o defectos (si los hubiera)
y el ángulo de doblado inicial (opcional).
7.1.2.2 PRUEBA DE DOBLADO GUIADO.
Se usa para determinar la viabilidad, soldabilidad v ductilidad de uniones
soldadas en placa, lámina, fundiciones, forjas, tubo o tubería.
7.1.2.2.1 PROBETAS
Se obtienen cortando la unión y el metal base para formar probetas de sección
transversal rectangular. Las superficies cortadas harán las veces de lados de la
probeta, las otras dos superficies serán llamadas cara y base.
Las probetas deberán cumplir los siguientes requisitos:
Para prueba transversal de lado, la soldadura es transversal al eje longitudinal de
la probeta que se doblará por uno de sus lados y deberá cumplir con la figura
7.11. usados también para placa o tubo más grande que 3/8 pulgada (9.5 mm).
Para prueba transversal de cara, la soldadura es transversal al eje longitudinal de
la probeta que se doblará en su caray de acuerdo a las figuras 7.12 v 7.13 cuando
T < = 3/8 de pulgada ( 9.5 mm).
Para prueba transversal de base , la soldadura es transversal al eje longitudinal de
la probeta que se doblará por su base y cumplirá de acuerdo a las figuras 7.12 y 7.
13 cuando T < = 3/ 8 pulgadas ( 9. 5 mm)
Para doblado longitudinal de cara la soldadura se encuentra paralela al eje
longitudinal de la probeta que se doblará por su cara, cumpliendo de acuerdo a la
figura 7.14.
Para doblado longitudinal de base. la soldadura se encuentra paralela al eje
longitudinal de la probeta que se doblará por su base. cumpliendo también de
acuerdo con la figura 7.14.
5 se corta con Cx!acetleno,cecero maquinarse no
menos de i/8 de Cada adula
----->• ----- L -
n
T=Puigadas W=1uIQaaasl
SM1N
TO i
Ver nota 2
NOTA 4
1
Cortar a ¡o largo de ta
linA n nInnda Iexcedn
de 1-1/2,la orillo puede
puig.
MM
cortare con oxlacetileno
y puede o no maquinarse
Preparac :cn ::e solcecure -r
Ver
nota 1
1
T ó W
4
1/8 R Má,X
9
Ver nota 2
2' M ¡N
N=41
21MIN
l
6 MI N.
Ver nota 3 Ver nota 4
/ver fic i5
8. Preparacicn de soldadura en doble V.
Todas los dlmennlones están en pulgados.
NOTAS DE LA FIGURA No. 7.11.
1.Todas las superficies longitudinales deben maquinarse a 125 .y pulg. (3 ym) de
rugosidad máxima.
2. El diámetro D del mandril de doblado debe ser igual o mayor al ancho de la
soldadura B. Si éste requisito no se puede cumplir. deberá considerarse a un
espesor mayor de t de acuerdo al nomograma de la figura 7.19.
3. El espesor T de la muestra con preparación en doble V de 2 `/2 pulg. (63.5 mm)
o mayor, puede reducirse a (t = que es el espesor de la probeta). Las dos
secciones que permanecen. deben doblarse al mismo radio determinado en el
nomograma de la figura 7.19, cuando el espesor de la placa sea de 2
pulgadas (63.5 mm) W = T.
4. Reparación de soldadura en V. sencilla en placas mayores de 1 '2 pulgadas
(38.1 mm) de espesor, la probeta deberá cortarse en tiras aproximadamente
iguales con anchos entre',%4 de pulgada (19.1 mm) y 1 ^/, pulgadas (38.1 mm);
debe probarse cada una de las tiras. Todas las probetas deben doblarse al
mismo radio, determinado por la figura 7.19.
El respaldo y el refuerzo de soldadura, si los hay, deberán enrasarse al nivel de la
superficie de la probeta.
Estas orillas pueden ser cortada con oxiacetileno y pueden ser
maquinadas o no según se desee
R = 1/ 3 ',lAX
rl
1
El refuerzo de soldadura deberá maquinarse hasta el nivel
de la superficie del metal base.
6
3 I18 MIN.
F3
MIN
6 MIN.
l
_
1
t- I/2 MAX
En las orillas pueden ser cortadas con oxiacetileno y pueden ser
maquinados o no segun se desee
PROBETA DE DOBLADO
EN CARA
Si t excede 3,8 maquinar está orilla a cortar con
oxiacetileno pero no menos de un octavo por maquinado
El refuerzo de soldadura debe maquinarse enrasando con la superficie
del Metal base si t = 3/8
Si t excede 3/8 maquinar esta orilla o cortar con
oxiacetileno esta orilla pero no menos de 1/8 por
maquinado.
1
Pule, 1 mm.
PROBETA DE DOBLADO EN BASE
Todas las dimensiones están en pulgadas
FIGURA 7.12
Probeta de doblado transversal de cara base (placa)
3.2
9.5
12.7
=8.11
NOTAS DE LA FIGURA 7.12.
1. El refuerzo y el respaldo de la soldadura. si hay, deberán removerse hasta el
nivel de la superficie de la probeta. Los materiales no ferrosos no deben
cortarse con oxiacetileno.
2. Para metales que tengan un requisito de alargamiento menor de 22%, los
espesores menores de 3/8 de pulgada (9.5 mm) pueden reducirse cuando se
use un radio de doblado fijo en el dispositivo de prueba. El espesor de la
probeta en este caso, deberá cumplir con el nomograma de la figura 7.19.
3. Cuando se usen metales base con diferentes espesores. la probeta debe
reducirse a un espesor constante.
VER NOTA 2
VER NOTA 1
6 MIN
`,--VER NOTA 4
T
i
1 x 1
VER FIG. 6
DOBLADO Eb CARA
r- -
T
VER NOTA 4
DOBLADO EN BASE
Todas las dimensiones están en pulzadas.
FIGURA 7.13
pula.
MM.
1/8
6
3.2
152
NOTAS DE LA FIGURA 7.13
1. Todas las superficies longitudinales deben maquinarse a no menos de 125
pulg. (3 ..ypulg.) de rugosidad máxima.
2. El diámetro D, del mandril de doblado debe ser igual o mayor que el ancho de
la soldadura B. Si este requisito no puede cumplirse, debe seleccionarse un
espesor mayor que t de acuerdo con el nomograma de la figura 7.19.
3. El ancho de la probeta debe ser 4t, excepto cuando éste no exceda de D/3.
donde D es igual al diámetro interior del tubo.
4. El refuerzo y el respaldo de la soldadura. si lo hubiera, debe eliminarse rasando
la superficie de la probeta.
5. Cuando se usen metales base con diferentes espesores. la probeta deberá
reducirse a un espesor constante.
6 MIN
¡¡B MAX
METAL BASE (I'
~;l X
TAL DE SOLDADURA r!ti
h'ET.L 6 A S E
culq. mm.
!/8 3.2
j 3/8 9.5 !
Si 8 5.9
1/8 -3/8
T
> 3/8
3/8
6 !52
Toda-3
8
MAOUItNAR'
t SEGUN SE
REQUIERA
008LADC
OCBLACO
EN
EN
CARA
2ASE
la3 dimensione- están en pulgado3
FIGURA 7.14
Probeta de doblado longitudinal de cara y base (placa).
NOTAS DE LA FIGURA No. 7.14
1. El refuerzo y el respaldo de la soldadura, si los hubiera, deberán removerse
rasando la superficie de la probeta. Si queda un hueco en el respaldo, esta
superficie puede maquinarse a su profundidad, de manera que no se exceda la
profundidad del hueco para remover el respaldo, excepto que en tales casos el
espesor de la probeta terminada, deberá haber sido especificado anteriormente.
2. Cuando se usan metales base con diferentes espesores. la probeta debe
reducirse a un espesor constante.
7.1.2.2.2 PROCEDIMIENTO
El ensayo se realiza de acuerdo a las figuras 7.15, 7.16, 7. 17 y 7. 18. El radio del
mandril que será usado para el ensayo, se obtiene de la figura 7.19 que es un
nomograma que relaciona el espesor de la probeta y el requisito mínimo de
elongación en una prueba de tensión con probetas a base de metal de soldadura, v
que éste es el que interesa. Si este no es requisito para la prueba de tensión del
metal de aporte, o si la elongación del metal base es menor que la del metal de
soldadura, entonces puede usarse la elongación específica del metal base que es la
menor.
Puede usarse cualquier medio para mover el rodillo descendente con relación a la
parte fija. Las probetas deben colocarse sobre la parte fija del dispositivo con la
soldadura al centro. La probeta de doblado de cara o base debe colocarse, con la
cara o base de la soldadura dirigida hacia los rodillos de la parte inferior, y la
probeta de doblado de lado lateral, debe colocarse con el lado que muestre los
defectos mayores: si los hubiera, se dirige hacia los rodillos de la parte inferior.
5(4' Ice(
1
4 RAD Mi N.
pula. I mm . ^^- 2A±2 (t + 111
1/16 1.6
6
3/4 19.
Todas las dimensiones estcn en pulgcdcs
FIGURA 7.15.
Dispositivo de Prueba de Doblado Guiado.
NOTAS DE LA FIGURA No. 7.15
1. Deben usarse ya sea apoyos endurecidos y engrasados o rodillos con giro libre.
2. Los apoyos o los rodillos deben tener una superficie de carga con una ancho
mínimo de 2 pulgadas (50.8 mm) para colocar la probeta. Los rodillos deben
estar a suficiente altura sobre la parte inferior del dispositivo de manera que la
probeta pueda librar el cabezal de doblado cuando esté en la posición más
baja.
3. El cabezal de doblado debe fijarse sobre una base apropiada y provista de una
sujeción a la máquina de prueba. Ni debe ser diseñada para minimizar la
deflexión v desalineamiento.
4. Tanto los rodillos como los apoyos deben ser ajustados en dirección horizontal
de manera que las probetas de espesor t puedan probarse en el mismo
dispositivo. El dispositivo de doblado para probetas en T (ver figura 7.17)
puede también usarse para pruebas de doblado guiado si el claro y el radio de
los rodillos son adecuados.
S. Los soportes deben estar fijos con una base apropiada para prevenir deflexiones
y desalineamientos. La base también debe estar equipada con medios para
mantener centrados y alineados los rodillos con respecto al cabezal de
doblado.
6. El radio del mandril de doblado A puede seleccionarse del nomograma de la
figura 7.19.
AGUJERO PARA LA
SUJECION A LA
MAQUINA DE PRI. EBA
L05 RODIL L OS ENDURECIDOS DE
11/2"DE 0 PUEDEN SUSTITUIRSE
POR MIEMBRt-°10£ APOYO
COMO SE
REQUIERA
L COM O S E S E_____
i QUIERA
Í ¡ r^^
APOYOS ENNDURE-I
CIDOS Y ENGR ASADA-3/4--r--T--E;
puIg. mm.
3/4'
3/4
'`
1 /8 3.2
i 1/4 6 4
3/8 9 5
1/4
I4
i/8
TT-
CABE-ZALI
1
L
1
'-x-1/2 9
i
.
i
Z-3/8 60.3
1
ESPESOR DE
LA PROBETA
3/8
-I/8 28 6
,2 38.1
50
14
3
37/8 MIEMBROMUERTO
12 7
3/ 4 9 1
t-- tl -"',
3-7/8 98.4
A B I
4-1/21 1! 4
5-I/4 133
6- 3/4 1 71
T I/a l 191
1 1/2 2 3/8
9 229
72
-
9
Todas las dimensiones estin en pulgadas
FIGURA 7.16
Dispositivo de pruebas de doblado guiado.
NOTAS DE LA FIGURA 7.16
1. El cabezal de doblado debe fijarse sobre una base apropiada, provista de una
sujeción a la máquina de prueba. Debe también diseñarse para minimizar la
deflexión y el desalineamiento. Ver notas 1,2 y 3 de la figura 7.15
2. La probeta debe introducirse en el dado aplicando la carga con el cabezal de
doblado hasta que la curvatura de la probeta sea tal que, un alambre de 1/8 de
pulgada (3.2 mm) de diámetro no pueda introducirse entre la probeta y cualquier
punto de la curvatura del cabezal de doblado del dispositivo.
3. El radio del mandril puede seleccionarse con la figura 7.19.
RODILLO
T+ 1/16 (1.6)
RADIO A
FIGURA 7.17.
Dispositivo de prueba alternativa para una prueba de enrollado en doblado
guiado.
NOTAS DE LA FIGURA No. 7.17
1. El radio A puede obtenerse de la figura 7.19.No se indican las dimensiones
pues quedan a elección del diseñador. Es importante tener una rigidez
adecuada para que no resalten las partes del dispositivo de prueba.
2. La probeta debe estar firmemente sujeta de un extremo de manera que no se
deslice durante el doblado. La soldadura y la zona afectada térmicamente en
el caso de doblado transversal, deben quedar totalmente dentro de la sección
doblada de la probeta después de la prueba.
3. Las probetas deben quitarse del dispositivo cuando el rodillo exterior haya
girado 180 grados a partir del punto de arranque.
4. Este tipo de doblado fijo puede ser más usual que los mostrados en las figuras
7.1 5 y 7.16 para prueba de doblado transversal de combinaciones de material
que difieren marcadamente en las propiedades de doblado entre a) los dos
metales base, o b) la soldadura y el metal base.
5. Cuando se use el dispositivo para enrollar, el lado de la probeta que quede
hacia el rodillo será la cara para las pruebas de doblado de cara, la base para
las probetas de doblado de base y el lado con los mayores defectos si los
hubiera. para la prueba de doblado lateral.
FIGURA 7.18
Dispositivo de doblado para probetas en T (ver tabla 2 y notas aplicables).
PIEZA
DESCRIPCIÓN
No
1
2
3
4
Marco lateral
Guía
Cabeza transversal (6.4 mm)
Cabeza transversal (12.7mm)
5
Cabeza transversal (19.1 mm)
6
Rodillo (6.4 mm)
7
Rodillo (12.7 mm)
8
Rodillo ( 19.1 mm)
9
Placa base
10 Mordaza
Pistón (6.4 mm)
11
12
13
14
15
Pistón (12.7 mm)
Pistón (19.1 mm)
Perno (14.3 x 190.5) LG
Tornillo c/Inserción hexagonal
(9.5 x 22.2)
16
Tornillo c/Inserción hexagonal
(9.5 x38.1)
17 1 Tornillo c/Inserción hexagonal
(9.5 x 64.0)
18
Placas de aproximación (6.4 x H x
50.8)
CANTIDAD
4
2
1
1
1
2
2
2
1
1
1
1
4
2
MATERIAL
Acero dúctil
Acero dúctil
Acero dúctil
Acero dúctil
Acero dúctil
Acero aleado
Acero aleado
Acero aleado
Acero dúctil
Acero dúctil
1 Acero aleado
Acero aleado
Acero aleado
Acero recubierto
Acero recubierto
Acero recubierto
2
Acero recubierto
3
Acero dúctil
TABLA No. 2
Lista de Materiales para el dispositivo de doblado para probetas en T.
Las probetas deben ser introducidas entre los apoyos como se indica en las figuras
7.15. 7.16, 7.17 y 7. 18 aplicando la carga sobre el rodillo superior hasta que la
probeta tope con el fondo ; las pruebas no diseñadas para llegar hasta el fondo
(como lo muestra la figura 7 . 16), la carga debe aplicarse hasta que se alcance la
curvatura de la probeta de manera que un alambre de 3.2 mm de diámetro no
quepa entre la probeta y cualquier punto del dispositivo.
7.1.2.2.1 PARAMETROS DE PRUEBA
7.1.22.3.1CONDICION SUPERFICIAL
Las probetas deberán cumplir con las siguientes características
(1) La superficie de la probeta en el área de doblado estará libre de defectos
visuales tales como fracturas, porosidades, inclinaciones, etc.
(2) Prueba de soldabilidad, calificación de soldadores o calificación del
procedimiento de soldadura. En el área de doblado, la superficie de la
probeta con los defectos más perjudiciales será la superficie de tensión
(convexa) al completar el doblado.
(3) Superficie Final. La superficie maquinada final no será rugosa en más de 125
y pulg. (3. m) y las marcas de la máquina estarán paralelamente con la
dirección longitudinal de la probeta.
7.1.2.2.3.2 RADIO DE DOBLADO
El radio de doblado máximo permisible para probetas será determinado usando el
nomograma de la figura 7.19 (la elongación mínima requerida se encuentra en la
especificación aplicable).
El centro de la soldadura en una probeta transversal será alineada sobre el unto
tangente del rodillo móvil superior para dar aproximadamente una elongación
igual a cada lado de la zona afectada térmicamente. Una prueba que no cumple lo
anterior no es válida.
Cuando el metal base, el metal de soldadura y la zona afectada térmicamente
difieren grandemente en resistencia, estos no se ajustarán a la curvatura de lo
rodillos en la prueba transversal de doblado. En éste caso. se anula la prueba y se
usan las pruebas de doblado longitudinal en lugar de las de tipo transversal.
RADIO DE D08L A DO MÁXIMO PERMISIBLE (PULS.-ND,1i)
O
\
-
N
cr
.
r
T <¿0
FL w
G
N
rniW Í °i1=
rnl^ ^ rnl^
:5. ,w <m iLn N)-
rnl^^ ml^ i ^ -
mlw t, 1 - m,_
ESPESOR DE LA PROBETA (PULGADAS)
in
1/16
1/8
3/16
1/4
mm in
1.6 5/16
3 . 2 3/8
4.8 7/16
6.4 1;2
mm
in
7.9 9/16
5/8
9. 5
11/16
11.1
12.7 3/4
mm in I mm in , mm
14.3 13/16 20.6 2 50.81i
15.9 7/8 22.2 3 76.2
17.5 15/16 23.8 4 ' 102
25.4 5 127
1
19.1
FIGURA 7.19
Nomograma para seleccionar el radio mínimo de doblado.
NOTAS DE LA FIGURA No. 7.19
1. En general se recomienda que el espesor de la probeta para pruebas de doblado
sea aproximadamente de 3/8 de pulgada (9.5 mm). Sin embargo, el espesor de
la probeta puede tener valor dentro del intervalo indicado; fijado por el espesor
del material, equipo disponible o la especificación aplicable.
2. Se requieren las siguientes exactitudes de medición:
(a) Espesor de la probeta + 1/16 pul g. (0.4mm)
(b) Alargamiento + 1%
(c) Radio de doblado ± 1/16 pulg. (1.6 mm).
3. Ejemplo: Una norma requiere un mínimo de elongación de 20%. Así, si se
desea una probeta con espesor de 7/16 de, pulgada (11.1 mm) se traza una
línea recta entre estos dos valores y se prolonga para determinar el radio de
doblado adecuado, el cual es de 7/8 de pulgada (22.2 mm) en este caso.
4. Cuando se aplican los datos del nomograma se considera satisfactorio usar un
20% de elongación para cualquier metal que tenga más de 20% de elongación.
7.1.2.2.4 RESULTADOS
La superficie convexa de la probeta (metal de soldadura y zona afectada
térmicamente) será inspeccionada visualmente de fracturas y otros defectos de
aberturas y se anotará su localización. Cuando la fractura ocurre antes de hacer
un doblado a 180 grados, se anotará el ángulo de fractura. La aceptación o
rechazo dependerá de la especificación que gobierne la fabricación. el estándar de
calificación o la especificación del material.
7.1.2.2.5 INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS.
Las pruebas de doblado guiado son usadas para evaluar la ductilidad y validez de
una junta soldada. Las probetas con soldadura transversal en cara o en base
generalmente exponen defectos en la cara o base de la soldadura, pero
normalmente no en el interior. Las probetas para doblado de lado con soldadura
transversal exponen defectos en el interior de una soldadura y dan una indicación
de la sección transversal de la junta soldada (metal de soldadura, metal base, zona
de fusión y zona afectada térmicamente). La evaluación de la ductilidad de una
soldadura puede ser ejecutada con las probetas de cara y base con soldadura
transversal si la resistencia de la soldadura no es muy grande respecto al metal
base, porque la mayor parte de las deformaciones se darían en este último. No
obstante, pueden usarse probetas longitudinales para evaluar la deformación de
estas juntas. En la zona del metal base afectada térmicamente o en zonas de
soldadura adyacente a la zona de fusión, se pueden presentar zonas de baja
ductilidad v por tanto ocurrir fracturas prematuras que deben reconocerse al
evaluar la probeta.
7.1.2.3 PRUEBA DE DOBLADO DE UNA CAPA DE SOLDADURA
DEPOSITADA
La prueba de doblado de lado evalúa la sanidad y ductilidad de las capas de
soldadura depositada y se usa para calificar soldabilidad, al soldador o al
procedimiento de soldadura y para pruebas de control de calidad como se
especifiquen en el documento de fabricación aplicable.
Las pruebas de doblado en cara son usadas primordialmente para determinar la
elongación o ductilidad del depósito de soldadura.
7.1.2.3.1 PROBETA.
Las probetas. tanto para doblado de cara como de lado, se someterán a los
requerimientos de la Fig. 7.20. La dirección de la soldadura en doblado
transversal será perpendicular a la longitud de la probeta, mientras que en el
doblado longitudinal, será paralelo con la longitud de la probeta.
7.1.2.3.2 PROCEDIMIENTO
Se sigue el mismo procedimiento del punto 7.1.2.2.2, a excepción que en esta
prueba no se realiza el ensayo de doblado de base.
7.1.2.3.3 PARAMETROS DE PRUEBA
7.1 2.3.3.1 CONDICIONES DE SUPERFICIE
Se deben cumplir las mismas condiciones del punto 7 .1.2.2.3.1.
7.12332 RADIO DE DOBLADO
Será determinado usando el nomograma de la figura 7. 19.
7.1.2.3.4 RESULTADOS
Para resultados ver el punto 7.1.2.2.4
Las pruebas de doblado determinan , fusión incompleta , fractura , efectos de
configuración del cordón y otros macro defectos de la capa de soldadura
depositada . La prueba de doblado transversal de lado también detecta fusión
incompleta entre los pasos de la soldadura.
Las pruebas de doblado de cara determinan la elongación o ductilidad de un
revestimiento cuando este es de interés primordial.
CAPA DE SOL::-CURA
- MIN.
9
R .1A.L
1
ti
DCBLADe DE
CARA
VER FIG. II
6 MIN.
MAQUINAR A 0 U 1 PARA
DC8LADO DE CARA
DOBLADO
L .TER .L
TODAS LAS DIMENSIONES ESTAN EN PULGADAS
FIGURA 7.20.
Probetas con refuerzo de soldadura para doblado lateral y de cara.
1. Todas las superficies longitudinales deben maquinarse a una rugosidad máxima
de 12pulgadas (4n).
2. Debe maquinarse la mínima cantidad necesaria a partir del refuerzo de
soldadura en el doblado de cara para obtener una superficie lisa.
3. La dimensión T es el espesor del material aplicable para el refuerzo de
soldadura.
4. Estas pruebas de doblado no se recomiendan para aleaciones con superficies
endurecidas ( resistentes al desgaste).
5. Es recomendable que la dirección de la soldadura sea paralela a la dirección
longitudinal de la probeta.
7.1.2.4 PRUEBA DE DOBLADO CON RADIO PROGRESIVO
Este ensayo es usado para probar ductilidad de soldadura en láminas gruesas de
materiales de alta resistencia cuando probablemente no se obtendrán dobleces a
180 grados en pruebas de doblado guiado.
7.1.2.4.1 PROBETAS
Cumplirán con la figura 7.21
7.1.2.4.2 PROCEDIMIENTO
Las probetas serán dobladas en plantillas de prueba de acuerdo con las figuras
7.22 y 7. 23. El radio de los mandriles a usar para el doblado debe ser el adecuado
para determinar el radio más pequeño en función de múltiplos del espesor T
(especificado en la norma particular) y que pueda apoyarse en el soporte
adecuado sin que se fracture . Debe anotarse el radio del vástago y espesor de la
probeta. Si se desea, también puede usarse el nomograma para selección del
radio de doblado de la figura 7.19.
7.1.2.4.3 PARAMETROS DE PRUEBA
7.1.2.4.3.1 CONDICIONES DE SUPERFICIE
Deberá cumplir las mismas condiciones del punto 7 .1.2.2.3.1.
7.1.2.4.3.2 ALINEAMIENTO
El centro de la soldadura en la probeta será alineada sobre el punto tangente del
radio de vástago para dar aproximadamente elongaciones iguales a cada lado de
la zona afectada térmicamente. Una prueba de doblado que no se ajuste a los
requerimientos anteriores no es válida.
7.1.2.4.4 RESULTADOS
La superficie convexa de la probeta ensayada se inspeccionará de fracturas y
otros defectos de aberturas y se anotará su localización. La aceptación o rechazo
dependerá del documento que gobierne la fabricación. el estándar de calificación
o la especificación del material.
7.1.2.4.5 INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS.
La prueba de doblado de radio progresivo es usada para determinar la ductilidad
de probetas soldadas, examinando esta habilidad sometiéndolo a un radio de
doblado cada vez más pequeño.
4 min
4 min
1 7/8
6 min
1 7/8
1
REFUERZO DE SOLDADURA
REMOVIDO
EJE DE LA PROBETA PARA
DUC T IL i DAD DE SOLDADURA
ESPESOR ( T )
TODAS LAS DIMENSIONES ESTAN EN PULGADAS
PROBETA PARA DUCTILIDAD
ESPE SOR DE LA LAMINA (TI
DE SOLDADURA
ANCHO MINIMO
PULGADAS mm
P U LGi
0.050 y ABAJO
1.27 y ABAJO
1 /2 12. 7
1- 1 /8
28.6
0.051 a
0.070
1.30 a 1.78
3/4 19.1
1 7/8
47.6
0.071 a
0. 1 00
1- 80 a 2.5 4
1 25.4
4
1 02
1- 1/4 31. 8
6
152
PULGADAS
0.101 y MAYORES
m M.
2-59 y MAYORES
FIGURA 7.21
Detalle de las láminas de prueba para características de soldadura.
G-47
m m.
S
VASTAGO
H
750
DADO
L
Dimensiones de los apoyos (Yunques).
Dimensión
Apoyo
1.
Apoyo
2
El
3-1/2
L
50.8
4-1/2
1-1/4
Apoyo
mm.
in.
mm.
31.8
7/8
22.4
in mm. in.
C
2.
88.9
1-3/4
44.5
1-1 2
38.1
114.3
2-3/4
69.9
2
50.8
4.8
1-1/16
27.0
57.2
2
50.8
44.5
1-3/4
44.5
R
1/4
6.4
3 /16
S
3-1/2
T*
1-3/4
T*
representa el espesor de apoyo.
88.9 2 -1/4
44.5
1-3/4
FIGURA 7.22
Juego de dados para radios progresivos de doblado.
DIMENSIONES DE VÁSTAGO
W
R
in
1-1/2
/4
mm
38.1
19.1
12.7
6.4
'/2
'/4
4.8
3í16
2.4
3/32
1/8
3.2
1;"16
1.6
3/64
1.2
1/32
0.8
1/64
0.4
menores Í
in
3-1/2
2
1-3/4
1-1/4
1-1/4
1-1/4
1-1/4
1-1/4
1-1/4
1-1/4
1-1/4
1-1/4
T
mm
88.9
50.8
44.5
31.8
31.8
31.8
31.8
31.8
31.8
31.8
31.8
31.8
in
1-3'4
1-3/4
1-5-8
1-1/4
1-1 4
1-1-4
1-1,4
1-1'4
1-1/4
1-1/4
1-1/4
1-1 /4
mm
44.5 1
44.5
41.3
31.8
31.8
31.8
31.8
31.8
31.8
31.8
31.8
31.8
T* representa el espesor del vástago.
FIGURA 7.22
Continuación de juego de dados para radios progresivos de doblado
DADO EN V CON MACHO CERRADO 105°
TODOS LOS DADOS DEBEN TENER UNA LONGITUD MINIMA DE 2 1/2
^-- 1 3/4
1
2 1/2
EL MATERIAL DEBE TENER UNA DUREZA SUPERFICIAL
EQUIVALENTE A 55 RC MINIMO.
R -- RADIO 0E DOBLADO
DADO EN V CON HEMBRA CERRADA A 1050
5^ -T T
7 50
DE 0.048 R I I/2 2
AOI8OR 1
, IDE0.249R
1 IH V.4Z(N
3 v2
DE 0.490 R
EL MATERIAL DEBERA TENER UNA
A 0. 784 R
DUREZA SUPERFICIAL EQUNALENTE
A 55 RC MINIMO,
^----
3 1/2
---j
i n,
m m.
0.010
0.046
0.25
1,22
0.180
4.80
0.249
0.427
6.32
10,85
0.490
0.784
19.91
1-1/2
38.1
1245
1-3/4
44.5
2
2-1/2
3-1/2
50.8
63.5
88.4
r _ 0.010 DE RADIO MINIMO PARA IMPEDIR QUE SE RASPEN
Y QUE SE PEGEN.
R=RADIO DE DOBLADO
TODAS LAS DIMENSIONES ES TAN EN PULGADAS,
FIGURA 7.23
Dados para pruebas de doblado con radios progresivos
7.1.2.5 PRUEBA DE DOBLADO PARA PROBETAS EN T.
Este ensayo se usa para pruebas de soldabilidad y sensibilidad a la fractura en
caliente, el procedimiento básico es soldar de una sola pasada un filete de tamaño
especificado, para lo cual se usa el electrodo de tamaño y velocidad de
disposición necesaria para lograr lo anterior. El segundo filete deberá soldarse en
dirección opuesta al primero luego que éste se ha enfriado hasta el rango de
temperatura precalentamiento-interpaso especificada en el documento de
fabricación aplicable.
Después de soldar y envejecer, se realiza el ensayo de doblado (previa
preparación de la probeta) , anotando la carga máxima de prueba, el ángulo de
doblado de dicha carga proceso de soldadura, tipo y tamaño de electrodo.
corriente de arco, voltaje, velocidad de posición de soldadura y el número de
incrementos y pasadas. La temperatura y tiempo de envejecimiento (cuando se
requiera) y la temperatura de prueba también se anotarán, ver figura 7.18.
Las fracturas serán inspeccionadas y calificadas para su aceptación o rechazo, de
acuerdo al documento aplicable que gobierne, ver ANSI/AWS R4.0
7.1.3 ENSAYO DE IMPACTO.
Los materiales son a menudo usados en situaciones en las que las cargas
dinámicas aplicadas introducen tensiones que incrementan la carga efectiva
debido a una concentración de esfuerzos. Se han diseñado pruebas para
determinar la tenacidad del metal de aporte, metal base y zona afectada
térmicamente de juntas soldadas, en términos de energía absorbida cuando tal
energía es requerida a una temperatura específica. El ensayo de resistencia al
impacto nos proporciona un método simple a seguir en el cambio del modo de
fractura de acero, en función de la temperatura. En la Figura 7.24 se observa una
curva representativa, mostrando la transición, del comportamiento dúctil a frágil.
Una de sus características importantes es que la transición no es aguda, sino que
ocurre sobre una zona de temperaturas. Si se examinan las superficies fracturadas
de la probeta de impacto después de la fractura, se encuentra generalmente que
hay correlación razonable entre la fracción de sección transversal que se ha roto
en forma dúctil y la energía que se ha gastado en romper la probeta. Así pues se
absorbe más energía al romperse de modo dúctil que frágil. En consecuencia. se
puede seguir también el cambio de comportamiento dúctil a frágil examinando las
superficies fracturadas de las probetas sometidas al impacto. Las probetas
completamente dúctiles exhibirán superficies ásperas o fibras en tanto que las
superficies de las probetas frágiles contienen una disposición irregular de
pequeñas caras brillantes . En las probetas donde la fractura es parte dúctil y parte
frágil , el área frágil o brillante, se encuentra en el centro de la sección transversal.
160
FFi4C^'J^a DUCTIL
140
!20
1nOt-
60f40 t20
FRAC^UFA rR.^.üIL
0
150
CXD
T^M^_? -lñA r
co
FIGURA 7.24.
Curva representativa de la transición de la fractura dúctil a frágil en el ensayo al
Impacto Charpy.
Las fracturas por fragilidad en estructuras de ingeniería han sido un asunto de
considerable interés, sobre todo en la práctica de soldar estructuras grandes. El
casco de un barco soldado es en realidad una pieza de acero continua. Una grieta
que comienza en tal estructura puede pasar completamente alrededor del contorno
del barco, ocasionando que se parta en dos. En general , las grietas comienzan en
alguna entalla o concentrador de esfuerzos (como muescas ). Esto puede ser
debido a defectos de diseño o a accidentes de construcción tales como choques de
arco ; puntos donde el soldador comienza su arco, dejando atrás una entalla. Se ha
observado también que fallas por fragilidad ocurren casi universalmente a
temperatura ambiente baja.
7.1.3.1 PRUEBA DE IMPACTO CHARPY CON ENTALLA EN V.
Desarrollada para hacer evaluaciones cualitativas de la influencia de entallas
sobre el comportamiento en la fractura de los aceros en el intervalo de
temperatura de transición . La prueba es usada para determinar la energía
absorbida al fracturar una probeta y consiste en impactar, una carga en una barra
que contenga una entalla en V (diferentes tipos de entallas , en el método de
prueba del impacto Charpy, pueden encontrarse en la norma ASTM E 23).
Aumentar el ancho o la altura de la probeta , incrementa el volumen del metal
sujeto a impacto , e incrementa la energía absorbida cuando la probeta rompe.
La importancia de la prueba al impacto de Charpy, descansa en el hecho de que
reproduce la transformación ductilidad-fragilidad del acero en casi la misma zona
de temperaturas que la observada realmente en las estructuras de ingeniería. No
hay una sola temperatura a la cual un metal ferroso se vuelva repentinamente
frágil, la transición ocurre más o menos sobre una zona de temperaturas. Sin
embargo, por conveniencia, es común hablar de la temperatura de transición de
un metal. El término temperatura de transición necesita ser definido
cuidadosamente pues hay cierto número de medidas diferentes para expresarlo.
Uno de ellos es tomar la temperatura a la cual se fractura la probeta al impacto,
con una superficie de fractura mitad frágil y mitad dúctil.
Un segundo medio de definir la temperatura de transición. utiliza el criterio de la
energía promedio de la temperatura a la cual la energía absorbida desciende, a la
mitad de diferencia de la energía requerida para fracturar una probeta por
completo frágil. En la figura 7.25 se ilustra este último criterio.
ENERGIA MAXIMA
+CO'IE5-'_J
ENER
FROMEDI0
52 5 F-es- Lb
5 c9s
, nc
- E .1 = E F .I 7 U R A°-
Figura 7.25. La temperatura de transición se puede definir en diversas formas, dos
de las cuales se muestran en la ilustración. Tav es para criterio de energía
promedio.
Son numerosas las variables que afectan a la temperatura de transición en el
acero. Una de las más importantes es la micro estructura, ya que la estructura del
acero afecta la tenacidad del material. Otra de las variables es la composición
química, en especial de Carbono: se ha observado que generalmente a mayor
contenido de carbono, aumenta rápidamente la temperatura de transición. Ver
figura 7.26.
400
300
ó CC
200
2t,, a
U ^ Ú
w
a
cr a ^
100
wa w w
za
0w 0
X00
,co
w^J
00
-200
wer z
IUw
1 1 1 1
I
1
I
4
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
FIGURA 7.26.
Efecto de la concentración de carbono para la temperatura de transición de un
acero típico.
La energía necesaria para romper la probeta (energía absorbida) estará dada por la
diferencia entre la energía del péndulo antes del impacto. Lo anterior se explica
analizando la figura 7.27.
P'jntp je ODCYC 1
/
\\
entro de Ic
mole del penclulo
ly
11
vi
1
iy
y
FIGURA 7.27
Análisis de la prueba de Impacto
Donde:
W = Peso del péndulo
H = Altura del centro de gravedad del péndulo antes del impacto
Angulo de caída
= Angulo de elevación
R = Distancia del centro de gravedad del péndulo al eje de rotación 0
A
Partiendo de la ecuación:
Energía potencial Ep = WH, si consideramos como energía inicial a la que tiene
péndulo antes de, ser disparado igual a:
Ep = WH = W (R-Y) = W ( R-R cos a ) = WR (1-cos a ) .... (1)
Debido a que Y = R cos. Considerando como energía final (después del impacto)
a:
EP, = WH = W (R-Y) = W (R-R cos a) = WR (1 cos a) .... (2)
Si tenemos que la energía necesaria para romper la probeta es igual a la diferencia
de energías tendremos:
E absorbida = Ep, - Ep2
E absorbida = WR ( 1- cos a) - WR (l- cos í3)
E absorbida = (1- cos a - 1 + cos R )
E absorbida = WR (cos j3 . cos a ) ...........................................................
Esta ecuación es válida para ángulos menores o iguales a 90 grados.
7.1.3.1.1 PROBETAS
Las probetas cumplirán con los requisitos de la figura 7.28. Es muy importante
que la base de la entalla tenga el radio apropiado y sea maquinado con cortadoras
afiladas (preferiblemente de carburo) para obtener la configuración correcta de la
entalla. Si se requiere tratamiento térmico se hará antes de quitar la probeta del
montaje o ensamble.
7.1.3.1.2 PROCEDIMIENTO
Las probetas serán sometidas a un baño líquido dentro de +0 y -1 5 ° C.(+32 y 5° F) de la temperatura de ruptura requerida por un mínimo de cinco minutos,
excepto cuando no está especificada la temperatura , la probeta debe probarse de
21 a 32° C (70 a 90° F) las puntas de las pinzas usadas para sacar la probeta del
baño, estarán aproximadamente a la misma temperatura antes de realizar la
operación.
La probeta deberá fracturarse dentro de los siguientes cinco segundos después de
sacar la probeta del baño líquido. Debe alinearse la probeta ya sea con las pinzas
o cualquier dispositivo que sirva para este fin.
(3)
La prueba puede ser conducida a velocidades del péndulo (velocidad tangencia) o
de golpe vertical al centro de la probeta dentro del intervalo de 15 +- 5 pies/seg.
(4.6 +- 1.5 m/seg.). Para determinar la velocidad del péndulo se usa la siguiente
ecuación:
V=
Donde:
V = Velocidad de golpe en pies/seg. (ó m/seg.)
g = Aceleración de la gravedad en pies/seg2 (9.8 m/seg2)
h = Elevación inicial del borde de la masa en pies (ó metros)
Las máquinas Charpy son revisadas con probetas patrón ( cinco por cada nivel de
energía). El valor promedio de las probetas patrón de cada nivel de energía,
corresponde al valor nominal de dicha probeta estándar . Estas probetas patrón
pueden obtenerse en materiales Army U.S. y en el Centro de Investigaciones
Mecánicas de Massachussets.
7.1.3.1.3 PARMETROS DE PRUEBA
Las superficies longitudinales y de ranura deberán estar libres de defectos visibles
tales como fracturas, porosidad , inclinaciones , etc.. además de cumplir. lo
siguiente la superficie final.
1) 63 ,.pulgadas (1.6 m) sobre la superficie con ranura y la cara opuesta.
(2) 125 pulgadas (3 m) sobre las otras dos superficies longitudinales.
(3) 125,,pulgadas (3) sobre la superficie de ranura.
Como mínimo deberán probarse tres probetas cuando no se tiene especificación al
respecto.
La probeta será colocada sobre los yunques centrando la entallan 0. 10 pulgadas
(0.25 mm) del punto medio entre yunques.
Para pruebas de metal soldado, la probeta y la ranura estarán orientadas como lo
muestra la figura 7.28. En pruebas de metal base. la orientación será de acuerdo a
la especificación aplicable.
55 mm
(2.165)
10 mm
0.25 R
(0 !94)
(0010 R)
Omm
(0.31 5)
10 mm
(0.394)
1
1
DETALLE A
1.5 mn
LOCALIZACION DE
(0,06)
MUESTRA
FIGURA 7.28.
Probeta de Impacto Charpv con ranura en V.
7.1.3.1.4 RESULTADOS
Los resultados deben incluir la energía absorbida indicada por la probeta de la
fractura, anotada en píes-libra (Joules) como valor del impacto, la temperatura de
la probeta en el momento de la fractura, así como la apariencia de ésta y el
número de probetas ensayadas. También se anotará la probeta y orientación de la
ranura con respecto al metal de soldadura o metal base (si la ranura es localizada
en la soldadura o en el metal base).
7.1.4 ENSAYO
Una de las definiciones metalúrgicas más comúnmente usadas para explicar el
término de dureza, es la resistencia a la impresión permanente bajo cargas
estáticas o dinámicas, es decir, es la resistencia a la deformación por penetración.
La dureza es afectada por la composición del metal de soldadura, efectos
metalúrgicos del proceso de soldadura, trabajo en frío del metal y tratamiento
térmico del mismo. Debe verificarse que la dureza esté dentro de los límites
especificados para el metal base, la zona afectada térmicamente el metal de
soldadura, porque si estas zonas son muy duras, puede haber ductilidad pobre y
esta puede provocar una falla.
Los ensayos de dureza tienen un amplio campo de aplicación, el grado de calidad
de las soldaduras puede comprobarse o controlarse en estos ensayos.
Se han establecido diversos métodos de prueba de dureza, tales como las pruebas
Brinell y Vickers, que usa el área de identación bajo carga como la medida de la
dureza, v la prueba Rockwell, que relaciona la dureza con la profundidad de la
identación bajo cargas. El penetrador es generalmente una esfera, pirámide o
cono, hecho de un material mucho más duro que el que se ensaya, como acero
endurecido, carburo de tungsteno sinterizado o diamante.
La selección de la prueba de dureza depende primeramente de la dureza o
resistencia del material, el tamaño de la junta soldada, y el tipo de información
deseada.
Para ciertos materiales la dureza puede correlacionarse aproximadamente con la
resistencia. Tal correlación debe usarse con precaución cuando se aplique a
juntas soldadas debido a la composición heterogénea de la junta. La fractura por
tensión puede ocurrir por cargas significativamente altas en predicciones de
dureza de zonas débiles afectadas por el calor, porque las zonas débiles son
mecánicamente forzadas por la resistencia del material adyacente durante la
prueba.
La dureza ha sido relacionada a las propiedades del servicio de soldadura y, en
algunos casos, el inspector comprobará que las durezas máximas de soldadura o
la zona afectada térmicamente sean las especificadas. Esto es particularmente
importante en soldaduras expuestas a medios que transportan hidrógeno, tales
como petróleo crudo en tuberías, ya que durezas altas en empalmes o acoples.
pueden causar fracturas en presencia de hidrógeno.
7.1.4.J,ENSAYO DE DUREZA BRINELL
En 1900 Johan August Brinell , un ingeniero sueco, introdujo un nuevo sistema
universal para la medición de durezas, que ahora esta especificado por la
ASTME- 10. Puede ser probado en un amplio intervalo de durezas variando el
tamaño de los balines y la carga impuesta durante un tiempo apropiado , que varía
de acuerdo al material a ensayar (por ejemplo de 15 a 20 segundos para
materiales ferrosos).
Para realizar un ensayo, la superficie de la probeta debe ser plana y estar
razonablemente bien pulida; de otra manera se encontrarán dificultades al hacer
una determinación exacta del diámetro de la huella. Dicha determinación se
realiza generalmente con un microscopio micrométrico que lleve escala
transparente graduada en el campo visual. La ASTM especifica que no deben
aparecer marcas en la pieza sobre el lado opuesto a la identación, y también
requiere que el grueso de la probeta sea cuando menos diez veces mayor que la
profundidad de la huella. Si una identación se hace demasiado cerca del borde de
la probeta, ésta puede ser muy grande y asimétrica. Si se hace demasiado cerca
de una anterior, puede resultar muy grande debido a la carencia de suficiente
material de apoyo o muy pequeña debido al endurecimiento por deformación del
material por la primera penetración. Sin embargo, los ensayos han demostrado
que el error puede depreciarse si la distancia al centro de la huella desde el borde
de la probeta o desde el centro de las huellas adyacentes es igual o mayor a 2 1,,2
veces el diámetro de la huella.
El número de dureza Brinell es nominalmente la presión por área unitaria, en
kilogramos por milímetros cuadrado , de la huella que queda después de retirar la
carga. Se obtiene dividiendo la carga aplicada por el área de la superficie de la
huella que se supone esférica , ver figura 7.29.
El número de dureza Brinell (BHN) = Carga sobre la bola
Área ¡dentada
BHN= 2p
it-
D2 - d2
Donde:
p = Carga aplicada en kg.
D = Diámetro de balín de acero en mm
d = Diámetro de la huella en nlm
En la práctica los números Brinell, correspondientes a un diámetro de huella dado
y observado se toman de las tablas, como las ofrecidas en la especificación
ASTME - 10.
Las ventajas de la prueba Brinell son que pueden compararse sus valores con
otros métodos de medición, puede obtener valores de dureza sobre áreas
relativamente grandes, reduciendo el error debido a rayas. imperfecciones o
material heterogéneo. En aceros al carbono y acero de baja aleación, la relación
entre la resistencia a la tensión y la dureza Brinell es consistente en un intervalo
medio de dureza.
De las desventajas de este ensayo, tenemos que no está adaptado para materiales
extremadamente duros, por que la misma bola se deforma demasiado, ni resulta
satisfactorio para ensayar piezas delgadas tales como hojas de afeitar, debido a
que la penetración usual puede ser mayor que el espesor de la pieza. Es difícil
además, hacer determinaciones en juntas soldadas debido al diámetro del balín, ya
que podemos afectar el resultado con los otros componentes (zona afectada
térmicamente o metal base).
PENETRACION A
CARGO. INICI ZL
LEC'LR. DE
?ENETRACIO"!
PENETRACICN BAJO
L.. MAYOR CARGA
FIGURA 7.29.
Prueba de Dureza Brinell.
7.1.4.2 PRUEBA DE DUREZA ROCKWELL
Debido a la conveniencia y la factibilidad de hacer marcas pequeñas sobre la
superficie de ensayo . una de las pruebas más frecuentemente usadas es la prueba
de dureza Rockwell (Fig. 7.30 ), que es también una prueba de penetración.
En soldaduras se sigue el mismo procedimiento que para el metal base, anotando
desde luego, la zona donde se ha hecho la penetración, y cuidando que esta se
haga no muy cerca a otros componentes (zona afectada térmicamente, metal de
soldadura, o metal base).
En el ensayo. se aplica inicialmente una pequeña carga de 10 Kg (22 libras), la
cual causa una penetración inicial que mantiene al penetrador en posición sobre el
material. La carátula se pone en la marca de "encendido" en la escala y se aplica
la carga principal. Esta carga es usualmente de 60 a 100Kg. (132 a 220 libras)
cuando se usa una bola de acero como penetrador, aunque puedan usarse otras
cargas cuando resulte necesario y es generalmente de 150 Kg. (330 libras) cuando
se emplea el cono de diamante. El penetrador esférico es normalmente de 1/16 de
pulgada (1.587 mm). Pero pueden emplearse otros de mayor diámetro, tales
como 1/8, 1/4 ó 1/2 pulgadas (3.175, 6.35, 12.7 mm) para materiales suaves.
Después de que la carga principal se aplica y se retira, se toma la lectura de la
dureza de la carátula mientras la carga menor permanece en posición . La carátula
de la máquina lleva dos grupos de números , uno rojo y otro negro. las cuales
difieren 30 números de dureza. La carátula fue diseñada de esta manera para
acomodar las escalas B y C, las cuales fueron las primeras normalizadas y son las
más extensamente usadas. El procedimiento aquí descrito se sujeta a la
especificación ASTM E - 18.
PRUEBA
PUNTA
FORMULA PARA
FORMA OE PENETRACION
C ARGA
VISTA LATERAL. VISTA SUPERIOR
NUMERO DE DUREZA
D
I,
ESFERA DE IOmm
BRINELL
D£ ACERO 0
r^
{•`
s^_•
r`•
CARBURO DE
j BIEN=---2
i vrsD á-^
TUNGSTENO
FIGURA 7.30.
En la designación de las escalas (tabla 3). se notará que las cifras rojas se usan
para lecturas obtenidas con penetradores esféricos. y que las negras se usan
únicamente para el cono de diamante.
La superficie de ensayo debe ser plana y estar libre de escama, películas de óxido.
depresiones o materia extraña que puedan afectar los resultados.
El espesor de la probeta debe ser tal, que no aparezca ninguna protuberancia o
marca en la superficie o punta de la huella. pues la lectura resulta profundamente
afectada por el yunque de apoyo.
El número de dureza determinada por la penetración en una superficie curva es
erróneo debido a la forma de la superficie. En las aplicaciones industriales, este
problema se encuentra frecuentemente, por ejemplo en el caso de flechas. Si es
factible, se puede limar una pequeña zona plana sobre la varilla antes de hacer la
penetración. Sin embargo, las correcciones por agregar a los valores de Rockwell
observados sobre probetas cilíndricas que posean diámetros de 1 /4 a 1 1 /2
pulgadas (6.35 a 38.1 mm),se dan en la especificación ASTM E 18.
Todo lo anterior deberá realizarse a menos que se indique otra cosa en la
especificación del metal base, o el metal de soldadura que se esté ensayando.
Símbolo
Aplicaciones típicas
escalar Penetrador Carga Numerales
de escalas
caraturales
y letra
de
prefijo
Aleaciones de cobre, aceros suaves,
100 rojo
B+ Grupo uno +
aleaciones de aluminio, hierro
bola de maleable.
1/16 pulg.
C+ Cono de
diamante
150 negro Acero, hierro fundido duro, hiero
maleable perlítico, acero de alto
endurecimiento superficial.
A Grupo dos
cono
diamante
60 negro Carburos cementados, acero
delgado. acero de bajo
endurecimiento superficial.
D Cono de
diamante
100 negro Acero delgado, acero de
endurecimiento superficial mediano.
E :'Bola del. 8
100 rojo Hierro fundido. aleaciones de
aluminio y magnesio, metales para
rodamientos.
F ! Bola de
1/16 pig.
G
H
Bola de
1/16 plg.
Bola de
1/8 plg.
Aleaciones de cobre templado,
delgadas v
láminas metálicas
blandas.
Bronce fosforado. cobre al berilio,
hierro maleable.
lAluminio , plomo, zinc..
K Bola de 150 rojo
l/8_p1g.
rojo
L
Grupo tres
Bola de 1/4 plg.
60
M
Bola de '/4 plg.
100 rojo
P
Bola de '/4 plg.
150
R
Bola de '/ plg.
60 ¡ rojo
S
Bola de '/2 plg.
100 rojo
V
Bola de '/2 plg.
150
I
I
rojo
Materiales para
rodamientos y otros
materiales muy
delgados y/o suaves.
Úsese la bola más
pequeña y la carga
más pesada que no
arroje esfuerzo del
yunque
rojo
I
* Basado en ASTM - E 18
+ Escalas y penetradores comúnmente usados.
Tabla No. 3
Escalas v letras de prefijos de la dureza del Rockwell
Es muy útil en soldadura para determinar la dureza de contribuyentes individuales
de juntas soldadas. Al conducir un ensayo , la probeta se coloca sobre el yunque,
se eleva mediante un tornillo hasta que se acerque a la punta del penetrador.
Accionando la palanca de marcha, un brazo de carga con relación de 20: 1 se abre
v la carga es aplicada lentamente al penetrador y luego retirada automáticamente.
Después se coloca la probeta bajo un microscopio especial midiendo la diagonal
de la penetración cuadrada hasta 0.001 mm. La máquina puede arreglarse para
realizar ensayos con penetradores de bola de 1 y 2 mm. de diámetro. En el
intervalo de dureza menor a Brinell 300 , los números de dureza Vickers y Brinell
son idénticos pero al aumentar se separan los valores, primeramente por la
distorsión de la bola de acero usada en prueba Brinell cuando ensayamos
materiales muy duros.
La medición de la diagonal es relacionada a unas tablas que nos dan el valor de
dureza en números Vickers. Sin embargo, si queremos obtener por medio de
fórmula dicha dureza, usamos la siguiente ecuación (Ver figura 7.31)
HV = P/A
Donde:
P = Carga aplicada en kilogramos.
A = Área de la penetración
Para comprender la ecuación anterior debemos analizar el área de la huella.
A=
d2
2 sen a
Donde:
d = Diagonal promedio en mm = (dl +d2)/2
a = Angulo entre caras opuestas del penetrador = 136 grados.
Por lo tanto: HV = 2P * sen a
d2
Una de las ventajas de la prueba Vickers radica en la medición de la huella; puede
hacerse una lectura mucho más exacta de la diagonal de un cuadrado que del
diámetro de un círculo cuando la medición se hace entre las tangentes al círculo.
Es un método bastante rápido y puede usarse en metal tan delgado como 0.006
pulgadas ( 0.152 mm).
Deben hacerse cuando menos 5 penetraciones a cada probeta en un tiempo de 10
a 15 segundos , a menos que se especifique otra cosa.
r
R E '- _* R.:,
OPUEST..5
FIGURA 7.31.
Prueba de dureza vickers.
7.2. ANÁLISIS QUÍMICO
Cuando un material se ordena con determinada composición, el proveedor
normalmente entrega reportes que indican que el material se encuentra conforme
a la especificación y se incluyen los datos del análisis. Ordinariamente, esta
información es aceptada como evidencia de su validez respecto a la
especificación y no son necesarias otras pruebas químicas. Cuando se mezclan
remesas de material , o no son identificadas . puede ser necesario el uso de una
prueba química para confirmar su composición.
En el caso de piezas soldadas, las imperfecciones en la zona soldada son algunas
veces causadas por variaciones en la composición química del metal base o el
metal de aporte. Estos materiales están diseñados para trabajar satisfactoriamente
cuando son usadas dentro de las especificaciones de composición, y las
variaciones en dicha composición, tales como alto sulfuro o fósforo, o elementos
residuales, pueden causar discontinuidades perjudiciales. Debe existir la facilidad
de efectuar un análisis químico completo para permitir una revisión detallada de
la composición del material cuando hay agrietamiento u otro tipo de
discontinuidades.
En general, la composición del metal de soldadura está especificada en el mismo
intervalo que el metal base. Algunas veces, sin embargo, se especifica un metal
de soldadura de composición diferente al metal base, dependiendo de los
requerimientos de servicio de la junta. Un inspector consciente notará que tal
metal de soldadura no es igual al metal base y preguntará al ingeniero para
verificar la exactitud de esta elección. No preguntar puede causar un incalculable
gasto al fabricante y al propietario si el metal de soldadura ya fue elegido.
Un análisis químico con patrón de referencia certificada es un medio para
cuantificar la composición química del metal base y o metal de soldadura en una
forma exacta y precisa.
Las normas para análisis químico son mostrados en la norma oficial Mexicana
NOMB-1-1986.
La prueba de chispa es un método usado para identificación de aleaciones
ferrosas de acuerdo a su composición por inspección visual de la corriente de
chispas cuando las aleaciones son esmeriladas a alta velocidad. Las
características de la chispa son también descritas en el Metals Handbook
Volumen II.
7.3. ENSAYO DE METALOGRAFIA.
Las pruebas metalográficas no son requeridas a menudo en las especificaciones
para soldadura. Sin embargo, se usan algunas veces para determinar.
1. Sanidad de la soldadura
2. Distribución de inclusiones no metálicas en la soldadura.
3. Número de pasadas de soldadura
4. Estructura metalúrgica en la soldadura y zona de fusión.
5. Extensión y estructura metalúrgica de la zona afectada por el calor.
6. Localización y espesor de penetración de la soldadura.
Estas pruebas pueden involucrar inspección visual o aumentos menores de 10X,
en tales casos la probeta (llamada macro-probeta) es atacada con algún ácido para
revelar una estructura gruesa. También pueden involucrar examen microscópico,
en tal caso, la probeta (llamado micro-probeta) es preparada y atacada por una
inspección con aumentos mayores a 10X.
Las muestras pueden obtenerse por seccionamiento de una soldadura de prueba, o
de soldaduras de producción por cualquier método conveniente tal como
perforación, corte por oxígeno o sierra. El agujero de la perforación puede ser
nuevamente soldado. Las muestras obtenidas por cualquiera de los métodos
anteriores son preparados por corte para revelar una superficie deseada, seguida
de alguna preparación. Si se obtuvo la muestra por corte con oxígeno, deberá
maquinarse cuando menos 1/8 pulgada (3 mm) de la cara de soldadura.
7.3.1. ATAQUE DE LA PROBETA.
La cara de la soldadura se lija y pule perfectamente, se ataca con un reactivo
químico apropiado para definir la zona de la soldadura. La probeta entonces se
inspecciona para evidenciar imperfecciones.
7.3.2. MACRO PROBETAS
Para examen microscópico de soldadura de acero con carbón (simple) evidente, la
superficie a inspeccionar puede prepararse por uno de los siguiente métodos:
(1) Luego de cualquier acabado ó preparación, colocar la probeta en una solución
caliente de 50% ácido clorhídrico en agua hasta que se obtenga de una
definición clara de la macro estructura de la soldadura. Esta requerirá
aproximadamente media hora de inmersión.
(2) Limar y lijar la probeta con papel esmeril. y atacar con una solución una parte
persulfato de amonio (sólido) y nueve partes de agua en peso. La solución
será usada a temperatura ambiente y se aplicará tallando con algodón la
superficie de la pieza que es saturada por la solución. El proceso de ataque
continúa hasta que se dé una definición clara de la macro estructura de la
soldadura.
Después de ser atacadas, las probetas son lavadas con agua limpia y el exceso de
ésta es removido. La probeta se sumerge entonces en alcohol etílico y se seca.
La superficie atacada puede preservarse aplicando una laca clara.
Las especificaciones bajo las cuales la soldadura se realizó definirá el tipo,
tamaño y número de imperfecciones permitidas por el tipo particular de junta
soldada revelada por el ensayo metalográfica.
El examen macroscópico expone una sección dimensional de la junta soldada y
no posee información acerca de la calidad general de la soldadura. Las
imperfecciones encontradas por pruebas no destructivas pueden ser expuestas
para evaluación con el uso de macro-probetas.
7.3.3. MICRO-PROBETAS
Para inspeccionar pequeños excedentes de imperfecciones o para analizar
estructuras metalúrgicas a grandes aumentos , la probeta puede cortarse de la
soldadura principal o de las muestras de prueba de soldadura . Las muestras son
preparadas puliendo a espejo la superficie, y atacando para analizar a grandes
aumentos que muestre la estructura del metal base, en la zona afectada
térmicamente , la zona de fusión y el metal de soldadura . Estas probetas son
usadas cuando se examina la probeta en detalle. Un metalógrafo especializado
puede aprender una gran diversidad de exámenes microscópicos . Sin embargo, el
procedimiento es complicado , y es necesaria una habilidad considerable para pulir
apropiadamente la muestra y atacarla correctamente para mostrar lo que se desea.
Para una discusión detallada de procedimientos de exámenes microscópicos,
referirse a las normas ASTM, o al Metals Handbook, Octava edición Volumen 8.
PROPIEDAD
A CONVERTIR DE
Área
pulgadas`
(pulg, mm)
mm
densidad
A 11,mm
A
MULTIPLICAR POR
mm-
645.2
pul g
1.550 x 10-3
A / pulg2
A/mm'
1.550 x 10
(A / mm'
A / pul g`
645.2
F uerza de electrodo libra - fuerza
Newtons
4.448
(Newtons)
Kg - fuerza
Newtons
Newtons
libra - fuerza
9.807
0.225
Energía, Trabajo
pie - libra - fuerza Joules
1.356
Color. Impacto
J
0.774
Resistencia
Btu
Watthora
4.184
3.600
Velocidad de flujo
pies3 / hora
2
1
litros / minuto
(litros por minuto) galón / hora litros / minuto
cm ' / minuto litros / minuto
litro / minuto pie'/ hora
cm3 / minuto pie3 / hora
0.472
6.309 x 10.2
0.001
2.119
2.119 x 10-3
Energía calorífica
J/pulg J/m
39.37
oules,metro)
J/m J/pulg
2.54 x 10 2
Medidas lineales
pulgadas i mm
25.4
(milímetros)
pies mm
mm pulg
mm Pies
304.8
3.937 x 10'
3.280 x 10
Masa
libras kg
0.454
(gramos)
onzas Cr
kg libras
28.35
2.205
Densidad de potencia
W/pulg' W/m'
1550
(Watts x pulgada'
W/m2 W/pula'
6.452 x 104
Presión
psi pa
6.895
(gas y líquido)
lb.pie' pa
N/mm' pa
Pa psi
47.88
1.000 x l0-3
1.450 x 10-4
Energía calorífica
(Pascales)
Pa Ib. ie2
N/mmPa
Torr
(mmHg a 0° C)
micron
2.089 x 10-2
1.000 x 10"
pa
133.3
pa
0 .133
(mmHg a 0° C)
Pa
Torr
7.01x10-'
Pa
micron
7.-501
Temperatura
Fahrenheit
C
t,=(ti-32) 1.8
(Kelvin)
C
F
tf= 1.8t,-32
C
K
273.15
Resistencia a la tensión
psi
Pa
6895
(Pascales)
lb/piel
Pa
47.88
N/mm'
Pa
1.000 x 106
Pa
psi
1.450 x 10-4
Pa
lb pie 2
2.089 x 10.2
Pa
N/mm'
1.000 x 10"6
Estas conversiones son aproximadas. pero son bastante exactas en comparación
con otras autorizadas.
NORMAS APLICABLES A LOS ENSAYOS MECANICOS DE
SOLDADURAS.
ANSI B46.1
ANSI/AWS B 4.0
AWS A 2.20
AWS A 3.0
AWS C 3.2
AWS Modulo 12
ASTM A 370
ASTM E 4
ASTM E 6
ASTM E 8
ASTM E 10
ASTM E 16
ASTM E 18
ASTM E 23
ASTM E 92
ASTM E 190
Surface Texture
Standard Methods for Mechanical Testing of welds
Welding Svmbois
Terms and Definitions
Standard Methods for Evaluation the Strenath of Brazed
Joints.
Fundamentals of Welding Inspection.
Methods and definitions for mechanical Testing of steel
Products.
Verification of Testing Machines
Definitions of Terms relating to Methods of Mechanical
Testing
Tension Testing of Metallic Materials
Test for Brinell Hardness of Metallic Materials.
Free Bend Test for Ductility of We1ds
Test for Rockwell Hardness and Rockwell Superficial
Hardness of Metallic Materials.
Notched Bar Impact Testing of Metallic Material.
Test for Vickers Hardness of Metallic Materials.
Guided Bend Test for Ductility of Weld.
CAPITULO VIII PAGINA
8.1
INTRODUCCIÓN H-3
8.2
LIQUIDOS PENETRNTES H-5
8.2.1 PRINCIPIOS BÁSICOS
DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA DE
INSPECCIÓN
H-8
8.2.2.1 PREPARACIÓN Y LIMPIEZA PREVIA H-9
8.2.2.2 APLICACIÓN DEL PENETRANTE H-9
8.2.2.3 ELIMINACIÓN DEL EXCESO DEL H- 10
PENETRANTE
8.2.2.4 APLICACIÓN DEL REVELADOR H- 10
8.2.2.5 INTERPRETACIÓN H- 11
8.2.2.6 LIMPIEZA FINAL H- 12
8.2.3 ALGUNOS CRITERIOS PARA LA H- 13
INTERPRETACIÓN DE LAS INDICACIONES
8.2.4 SISTEMAS DE LIQUIDOS PENETRANTES H- 15
8.2.4.1 TIPOS DE LIQUIDOS PENETRANTES H- 15
8.2.4.2 METODOS DE ELIMINACIÓN PENETRANTE H- 15
8.2.5 APLICACIONES, VENTAJAS Y LIMITACIONES H- 16
8.3
MÉTODO DE PRUEBA POR PARTÍCULAS H- 18
MAGNETICAS
8.4 ULTRASONIDO H-25
8.4.1 GENERACIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE H-25
ULTRASONIDO
8.5
8.4.2 ACOPLANTE
H-26
8.4.3 INSPECCIONES POR MEDIO DE ULTRASONIDO
H - 26
8.4.4 APLICACIONES, VENTAJAS Y LIMITACIONES
DE LA INSPECCIÓN POR ULTRASONIDO
H-30
RADIOGRAFÍA INDUSTRIAL)
8.5.1 VARIABLES QUE AFECTAN LA CALIDAD DE
LA IMAGEN
H - 32
H - 35
8.6
CORRIENTES PARÁSITAS
H-42
8.7
DETECCIÓN DE FUGAS
H-44
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS
INTRODUCCIÓN A LOS MÉTODOS DE INSPECCIÓN NO
DESTRUCTIVA.
En la fabricación o construcción de componentes, subensambles, equipos e
instalaciones, intervienen una serie de actividades cuya finalidad está bien definida
y delimitada.
Estas actividades son principalmente: diseño, fabricación, montaje, instalación e
inspección y ensayos; siempre se llevan a cabo va sea que se trate de un tornillo,
embrague automotríz, un intercambiador de calor. un reactor químico, el casco de
un barco, una central de energía, un gasoducto, etc.
Las actividades que revisten mayor importancia para este curso son la inspección y
los ensayos. Los ensayos que normalmente se practican a los materiales, se pueden
clasificar de varias formas. Una de las clasificaciones más usuales es la siguiente:
DESTRUCTIVOS
Ensayos
NO DESTRUCTIV OS
El objetivo de los ensayos destructivos es determinar cuantitativamente el valor de
las propiedades mecánicas de los materiales, tales como resistencia mecánica,
dureza, etc. Su ejecución involucra la destrucción de la probeta o la pieza
empleada en la determinación correspondiente.
Por su parte, los ensayos no destructivos (END), tienen la finalidad de verificar la
sanidad de las piezas inspeccionadas. esto es, su homogeneidad y continuidad;
contribuyendo de esta manera con el aseguramiento de la integridad y
confiabilidad de esas piezas.
Los END como su nombre lo indica , no inutilizan las piezas sometidas a ensayo, ni
afectan de manera permanente las propiedades de los materiales.
Debido a que la efectividad de los END depende en gran medida de la capacidad
del personal que los realiza, existen normas aplicables a las construcciones
soldadas que estipulan que el personal de END debe estar debidamente capacitado.
calificado y certificado para tal fin, y establecen los términos en que deben
satisfacerse estos requisitos. La norma (que trata de estos aspectos de los END)
más empleada en América es la "Práctica Recomendada" SNT-TC-1 A emitida por
la Sociedad Americana de Ensayos no Destructivos (American Society for Non
destructive Testing, ASNT).
Los métodos de ensayos no destructivos que actualmente se utilizan son los
siguientes:
- Inspección visual
- Líquidos penetrantes
- Radiografía industrial
- Partículas magnéticas
- Ultrasonido
- Electromagnetismo (Corrientes parásitas o Eddy Current)
- Detección de fugas
- Radiografía neutrónica
- Emisión acústica
Los seis primeros métodos de prueba en la lista anterior son los más comúnmente
empleados, estando en primer lugar la inspección visual.
Los métodos de radiografía neutrónica y emisión acústica prácticamente no se
emplean en nuestro país, por lo que no se describirán en está breve introducción, ni
se tomarán en cuenta para los fines que el curso persigue.
Es importante destacar otras características de los END. mismas que condicionan
su aplicación:
En primer lugar se debe tener en cuenta que los diferentes métodos de END no son
de aplicación general, sino específica; que no existe ningún método en particular
que pueda cubrir los objetivos de la aplicación de los END en carácter general,
para todas las situaciones o casos.
Cada método tiene un ámbito específico de aplicación determinado por el tipo de
información que se desea obtener de la pieza de ensayo, sus condiciones
superficiales. el. tipo de material, el método de fabricación. su configuración
geométrica, sus requisitos de diseño y por aspectos económicos o por una
combinación de dos o más factores.
Considerando lo anterior, es evidente que cada método tiene sus alcances y limitaciones.
En el capítulo correspondiente a las discontinuidades en soldadura se establecen algunas
consideraciones en relación a los alcances y limitaciones de cada método.
Otra característica distintiva de los END reside en el hecho de que la información se
obtiene de propiedades del material que pueden no estar directamente relacionadas con
la estructura y / o propiedades que se desean evaluar. Así por ejemplo, las propiedades
magnéticas no son de interés en al cálculo de sección resistente de un componente de
acero de una estructura, pero basándose en sus propiedades magnéticas, un método de
ensayo no destructivo permite detectar la presencia de discontinuidades superficiales o
subsuperficiales que sí afectan la resistencia del material.
En otros casos en cambio, se utilizan propiedades directamente relacionadas, como por
ejemplo: la variación de velocidad de propagación del sonido en el material se emplea
como un medio para evaluar su estructura y su resistencia mecánica. No obstante,
muchas de las propiedades primarias responsables o que influyen directamente en el
comportamiento en servicio de un material y determinan la posibilidad de fallas, no
pueden ser verificadas directamente por los END, pero mucho de la verdadera
experiencia y conocimiento teórico de esta disciplina reside en realidad en la
determinación de las relaciones entre estas propiedades primarias (por ejemplo la
resistencia mecánica) y las características estructurales y propiedades que pueden ser
verificadas y evaluadas.
8.1 INPECCIÓN VISUAL
La inspección visual es el método no destructivo mas ampliamente usado en la industria;
aproximadamente un 80% de las discontinuidades encontradas durante inspección se
detectan mediante esta técnica.
Las normas que regulan la capacitación, calificación y certificación del personal
encargado de realizar (END) normalmente no incluyen a la inspección visual, pero para
realizarla de manera útil y adecuada son necesarias ciertas características, habilidades v
conocimientos tales como estar familiarizado con los procesos de soldadura, las
discontinuidades encontradas en uniones soldadas y las normas y criterios de aceptación
y rechazo aplicables al componente o producto inspeccionado.
Debido a que las normas que regulan las construcciones soldadas establecen que el
personal que realice los END por cualquier método, a excepción de la inspección
visual, debe estar debidamente capacitado, calificado y certificado de acuerdo con
la norma aplicable, el inspector de soldadura no debe realizar ningún END que no
sea inspección visual, a menos que esté certificado en el método correspondiente.
Para identificar algunas de las características y habilidades necesarias en
inspección visual se ha acuñado el término "ojo entrenado". A continuación se
consideran algunos aspectos que describen el "ojo entrenado" es aquella que
verdaderamente ha aprendido a observar y juzgar con detalle, a tal punto que un
inspector hábil en este sentido es capaz de detectar aspectos tales como el empleo
de una técnica inadecuada por el soldador con sólo examinar la soldadura.
Un requisito obvio para realizar inspección visual es que quien la realice debe
haberse practicado un examen de agudeza visual y que emplee anteojos si los
requiere.
Asimismo, es necesario saber los tipos de discontinuidades que pueden ser
detectados y dónde se pueden localizar. Por ejemplo, el socavado ocurre a lo largo
del pie del cordón (la intersección entre la soldadura y el metal base) tiene la
apariencia de una ranura al costado de la soldadura que puede ser causado por
corriente (amperaje) demasiado alta o por una técnica de soldadura inadecuada.
También es importante tener en cuenta que a simple vista no se pueden ver todas
las discontinuidades y que a veces es necesario. emplear instrumentos ópticos tales
como lupas, espejos, telescopios, fibras ópticas y cámaras fotográficas para
amplificar imágenes, para mejorar el ángulo de observación o para poder observar
zonas intrincadas o de difícil acceso en los componentes en inspección.
APLICACIONES
Las discontinuidades típicamente detectables con este método son: socavados,
faltas de llenado (underfill), porosidad superficial, grietas abiertas a la superficie y
traslapes.
Es importante destacar que además de ser el método no destructivo más barato, la
inspección visual tiene la ventaja de poder ayudar a reducir grandemente los costos
de fabricación. Antes y durante el depósito de metal de soldadura, puede reducir
los costos totales: por ejemplo: si se realiza un examen (visual) entre un paso otro
de soldadura y se detecta una discontinuidad ésta podrá eliminarse en ese
momento, antes que la junta esté terminada . En caso contrario , la discontinuidad
podría ser detectada posteriormente ( si la especificación establece que se emplee
otro método de END , radiografía por ejemplo , una vez aplicada la soldadura) y
tendría que repararse y reinspeccionarse esa zona . Esta posibilidad de poder
eliminar muchas discontinuidades antes de terminar la soldadura es quizá, la
característica más importante de la inspección visual.
Una vez que se termina el trabajo de soldadura , tiene lugar la inspección de
aceptación en la que se involucra la verificación de discontinuidades . dimensión y
distorsión, conformidad con respecto a los planos y la apariencia de la soldadura
(chisporroteo , rugosidad, altura del refuerzo de soldadura , etc.) La minuciosidad de
esta revisión se debe apoyar con otros métodos de END. según el juicio del
inspector o las especificaciones fijadas.
VENTAJAS
1. La inspección visual puede realizarse antes, durante, y después de la fabricación.
2. Mediante la inspección visual se detectan la mayor parte de las discontinuidades
y generalmente da indicios de otras posibles discontinuidades que de existir, se
detectarán más fácilmente con otros métodos.
3. Con este método se pueden detectar y eliminar discontinuidades que de otra
manera podrían convertirse en defectos una vez que se ha aplicado la soldadura.
4. El costo de la inspección visual es menor que el de cualquiera de los otros
métodos de END.
LIMITACIONES
1. Los beneficios que se pueden obtener de la inspección visual dependen
grandemente de la experiencia y los conocimientos sobre soldadura que posea
el inspector.
2. El inspector debe estar completamente familiarizado con el diseño y los
requisitos de soldadura.
3. La inspección visual está limitada a la detección de discontinuidades
superficiales.
4. Si la inspección visual se inicia demasiado tarde en la secuencia de las
operaciones de soldadura, no será posible detectar desviaciones (preparación de
uniones a soldar, ajuste de los miembros, etc .) de una buena práctica de
soldadura y éstas desviaciones pueden resultar muy costosas.
8.2. LÍQUIDOS PENETRANTES
El ensayo, método, técnica o inspección por líquidos penetrantes, es de lo más
antiguo dentro de los ensayos no destructivos. Está definido como un
procedimiento físico de detección de discontinuidades superficiales el cual nos
proporciona un alto grado de fiabilidad. economía y rapidez en la inspección.
Esta técnica de inspección nos permite la detección de discontinuidades en piezas
de geometría complicada y en aquellas cuya constitución no es específica de un
sólo material, pues es aplicada tanto a materiales ferrosos y no ferrosos así como
en plásticos, cerámicas, vidrios, etc., siempre y cuando no sean porosos.
8.2.1. PRINCIPIOS BÁSICOS
La técnica por líquidos penetrantes puede emplearse independientemente de las
propiedades físicas de los materiales y cuando la superficie no sea absorbente y sea
compatible con el procedimiento a emplear.
Como su nombre lo dice. esta técnica está basada en la propiedad que tienen
algunos líquidos de penetrar (capilaridad) en materiales cuya superficie posee
discontinuidades abiertas como lo son: porosidad, fisuras, traslapes. costura. etc.
En este método también influyen las propiedades físicas de cohesión, viscosidad,
adherencia y tensión superficial.
Los líquidos penetrantes tienen la particularidad, debido a sus propiedades de
capilaridad y su baja tensión superficial, de filtrarse entre las paredes de las
discontinuidades que posea la superficie de prueba y permanecer dentro de ellos
tanto como sus demás propiedades lo permitan.
8.2.2. DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA DE INSPECCIÓN
La inspección por líquidos penetrantes consta de seis actividades básicas:
1) Preparación y limpieza previa.
2) Aplicación del penetrante.
3) Eliminación del exceso de penetrante.
4) Aplicación del revelador
5) Interpretación
0) Limpieza final
8.2.2.1. PREPARACIÓN Y LIMPIEZA PREVIA.
La superficie de los componentes a inspeccionar, deben prepararse mediante una
limpieza previa. Siempre deberá tenerse en cuenta que cualquier contaminación o
producto que impida la entrada del líquido penetrante a las discontinuidades
provocará que éstas no puedan ser detectables.
Existen varios métodos de limpieza y varios tipos de limpiadores que se pueden
emplear, por lo que hay que considerar algunos factores (el tipo de superficie y los
contaminantes comúnmente encontrados en éstas ) al seleccionar el limpiador.
Como características principales que debe poseer un limpiador y el método de
limpieza escogido se citan los siguientes:
Que sean capaces de disolver v arrastrar las grasas v aceites.
Que se evaporen rápidamente
Que no ataquen la pieza.
Que no sean tóxicos ni altamente inflamables.
Que no produzcan absorción de hidrógeno en aceros de alta resistencia.
8.2.2.2. APLICACIÓN DEL PENETRANTE
La aplicación del penetrante en la superficie de prueba se realiza por los siguientes
medios:
- Aspersión (rociando el penetrante mediante presión)
- Inmersión ( sumergiendo la pieza de prueba en un depósito que contiene el
penetrante)
- Por brocha ( aplicando el penetrante con ayuda de una brocha).
Se debe depositar una película uniforme en la superficie a inspeccionar y el líquido
debe penetrar en las posibles discontinuidades. Para lograr este objetivo, el líquido
penetrante debe poseer las siguientes características:
- Poder penetrar en discontinuidades muy finas.
- Permanecer en discontinuidades gruesas.
- No evaporarse fácilmente
- Ser fácilmente eliminable de la superficie.
- Ser difícilmente eliminable de las grietas.
- Permanecer en estado fluido para reaparecer
discontinuidad ( al aplicar el revelador) .
- Poder extenderse en películas muy finas
- Ser resistentes a la pérdida de color o fluorescencia.
- No producir ataque en los materiales a inspeccionar.
- No tener olor desagradable.
- No ser inflamable.
- Ser estable al estar almacenado
- No tener componentes tóxicos.
- Ser económico.
y
salir rápidamente de la
Las características anteriores, dependen de una serie de propiedades físicas tales
como capilaridad, viscosidad, tensión superficial, poder humectante v volatilidad.
Ya aplicando el penetrante se deja transcurrir cierto tiempo (generalmente de 10 a
30 minutos), denominado tiempo de penetración, para permitir la penetración del
líquido en las posibles discontinuidades.
8.2.2.3. ELIMINACIÓN DEL EXCESO DEL PENETRANTE
Después del tiempo de penetración, se debe eliminar o lavar el penetrante que haya
quedado sobre la superficie y no se haya introducido en las discontinuidades.
8.2.2.4. APLICACIÓN DEL REVEIADOR
Tan pronto como sea posible después de la etapa anterior y ya seca la superficie de
la pieza, sobre ésta se aplica una capacidad uniforme de revelador, mismo que
"absorbe" el líquido penetrante retenido en las discontinuidades. El penetrante
absorbido por el revelador, delinea con su color, el contorno de la discontinuidad
misma que se hace visible y es amplificada.
El revelador es un polvo blanco que se debe depositar formando una película
uniforme sobre el área a inspeccionar. Según el método de aplicación los
reveladores pueden ser secos y húmedos.
Reveladores secos: Su mayor aplicación es para los penetrantes fluorescentes. Se
aplica manualmente o con pistolas especiales en cabinas de polvo.
Reveladores húmedos: Se utilizan en penetrantes rojos visibles y fluorescentes. Se
aplican por aspersión y normalmente son una dispersión de partículas.
La figura 8.1 ilustra etapas de la aplicación y eliminación del penetrante y el
revelado de las discontinuidades.
a) Penetrante aplicado b) Exceso de Penetrante
c) Discontinuidad Revelada
FIGURA 8.1
8.2.2. 5 . INTERPRETACIÓN
Revelada cualquier discontinuidad, debe ser interpretada y evaluada teniendo
cuidado con las indicaciones falsas. (aquellas que aparecen por haber realizado mal
alguna de las etapas anteriores del proceso, en particular la limpieza). mismas que
pueden señalar discontinuidades donde no las hay.
La interpretación se debe hacer antes que el penetrante exudado sobre el revelador,
provoque pérdida de definición. Después de aplicar el revelador, la superficie de
prueba debe observarse de cerca para verificar como se desarrolla la indicación y
poder interpretarla adecuadamente. La interpretación final debe realizarse entre
unos 7 y 30 minutos después de que el penetrante haya empezado a exudar. Otro
factor importante en la interpretación, es que ésta debe realizarse con una
iluminación adecuada, y si se emplean penetrantes fluorescentes se requiere luz
negra y una cámara oscura.
8.2.2.6. LIMPIEZA FINAL
Es recomendable realizar una limpieza sobre la pieza inspeccionada con la
finalidad de eliminar los residuos de penetrante y revelador. En la figura No. 8.2
se resume de manera gráfica las etapas seguidas durante la inspección por líquidos
penetrantes.
3J._
FIGURA 8.2
Etapas en la inspección por líquidos penetrantes
8.2.3 ALGUNOS CRITERIOS PARA LA INTERPRETACIÓN DE LAS
INDICACIONES OBTENIDAS POR ESTA TÉCNICA.
Dependiendo de las características de las partes inspeccionadas y las propias de la
indicación, se puede tener la indicación, se puede tener una idea de la naturaleza de
las discontinuidades. Las siguientes son algunas indicaciones típicas:
- Indicaciones lineales continuas : Normalmente manifiestan fracturas, traslapes de
forja, ralladuras en forma de líneas dentadas, rectas u onduladas.
- Indicaciones lineales intermitentes: Las mismas discontinuidades que causan las
líneas continuas pero bajo ciertas circunstancias como lo puede ser: trabajo
esmerilado, forjado, maquinado y martilleado. Parte de las discontinuidades
pueden ser cerradas por estos procesos.
- Indicación redondeada: El tipo de indicación redondeada normalmente es causada
por porosidad, aunque también puede manifestarse acumulación del penetrante en
el mismo momento de aplicar el revelador.
La Fig. No. 8.3. ilustra algunas indicaciones típicas obtenidas con este método.
19
do
9
9
0
t
FIGURA 8.3
Indicaciones típicas obtenidas por la técnica de líquidos penetrantes
8.2.4. SISTEMAS DE LÍQUIDOS PENETRANTES
8.2.4.I.TIPOS DE LÍQUIDOS PENETRANES
Existen dos tipos de líquidos penetrantes:
VISIBLES Y FLUORESCENTES
8.2.4.2. MÉTODOS DE ELIMINACIÓN PENETRANTE
Existen tres métodos de eliminación de los penetrantes aplicados.
CON SOLVENTE, CON AGUA Y POST-EMULSIFICABLES
En base a las clasificaciones anteriores , se tienen tres sistemas básicos de líquidos
penetrantes por cada uno de los tipos:
Removibles con solventes
Visibles Lavables con agua
1 Post-emulsificables
Sistemas
de
Penetrantes
Removibles con solventes
Fluorescente Lavables con agua
Post-emulsificables
La diferencia básica entre los sistemas de cada tipo, es que en los penetrantes
fluorescentes la inspección se realiza con luz ultravioleta.
El diagrama 8.1, muestra gráficamente las etapas de prueba en cada uno de los
sistemas indicados.
8 .2.5. APLICACIONES. VENTAJAS Y LIMITACIONES.
Este método es empleado para detectar grietas en general (de fatiga, de
contracción, de tratamiento térmico, etc), costuras. porosidad y cualquier
discontinuidad superficial. Es aplicable en cualquier etapa de fabricación.
VENTAJAS
Este método brinda muy buena sensibilidad, es relativamente fácil de emplear,
barato y razonablemente rápido y portátil.
LIMITACIONES
Sólo es aplicable a defectos superficiales y materiales no porosos; se requiere de
una limpieza previa a la inspección, no proporciona un registro permanente del
examen, los penetrantes son difíciles de remover completamente y estos pueden ser
perjudiciales para ciertos materiales.
0E EI.ANrE 5 f'ENE Tr,ArJTE 5
LAV48LES CON POST-f_MULSIFICA8LES
AGUA
PENErRANTES
RF.MOVfBLESCON
SOLVENTES
APLICAR
APLICAR
APLICAP
PENETRANTE
PENETRANTE
PENETRANTE
11
LE
11
ESCURRIR
ESCURRIR
ESCURRIR
APLICAR
REMOVER
PENETRANTE
EMULSIFICMIR
I
CO MUN PAR A LOS
PR OCESOS
A Y 8
APLICAR
REVELADOR NO
t
ACUOSO
LAVA R
1
r
II
tr
I
I
I NSPECCICNAR
APLICA R
SE C 4 R
t
REVELADOR
SECAR
IlurAE00
r1
LIMPIEZA
Li
APLICAR
REVELADOR
FINAL
APLI C A p
SECAR
5ECO
R E V ELADOR
INO ACUOSO
IN SPECCIONAJ
LIMPIEZA
F1NAL
DIAGRAMA 8.1
ETAPAS DE APLICACIÓN DEL PENETRANTE SEGÚN EL MÉTODO ESCOGIDO
8.3. METODO DE PRUEBA POR PARTICULAS MAGNETICAS
Este es un método no destructivo que permite detectar discontinuidades
superficiales y sub-superficiales en materiales ferromagnéticos.
La pieza a inspeccionarse es magnetizada, induciendo en ella un campo magnético,
mismo que tiene desviaciones cuando la superficie inspeccionada no es continua.
Si a esta pieza magnetizada se la aplican partículas ferromagnéticas, éstas serán
atraídas hacia cualquier desviación de las líneas de fuerza del campo magnético.
dando así una indicación de la discontinuidad presente.
La figura 8.4, muestra el efecto anteriormente descrito.
PA PTICUr_AS
IAGNE TICAS
M
GRIETA
\.r
POLD NORTE) r-T
le-
POLO SUR
t
LINEAS DE FUERZA MAG NETIC..
FIGURA 8.4
Las cuatro etapas básicas involucradas en la realización de una inspección por este
método son:
a) Limpieza. Cada parte a inspeccionar debe estar libre de grasa, aceite. óxido u
otra contaminación que pueda interferir con el examen.
b) Magnetización. Esta puede ser hecha por medio de un imán permanente. con un
electroimán o por el paso de una corriente eléctrica a través de la pieza,
c) Aplicación de las partículas. Una vez magnetizadas las piezas se procede a la
aplicación de las partículas. Estas serán atraídas hacia cualquier desviación del
campo magnético indicando así la discontinuidad que interrumpe el flujo
magnético.
d) Interpretación de resultados. Se procede a inspeccionar la pieza y en base a las
partículas adheridas magnéticamente a las discontinuidades. si las hay, se puede
juzgar la forma, tamaño y localización de éstas.
Algunas partes que han sido magnetizadas retienen cierta cantidad de magnetismo
residual.
En algunos casos es necesario desmagnetizar las partes debido a que el
magnetismo residual puede afectar el funcionamiento de las mismas. En este caso
están las superficies sometidas al rozamiento (cojinetes), que si atraen materiales
magnéticos. pueden sufrir abrasión excesiva.
Las partículas magnéticas pueden ser:
- Visibles (a simple vista)
- Fluorescentes (la inspección se hace con luz ultravioleta de longitud de onda de
3200 a 3800 Amstrongs).
De acuerdo con el método de aplicación las partículas magnéticas se clasifican en:
- Partículas secas (método seco)
- Partículas en suspensión (método húmedo).
Tipos de magnetización. La magnetización puede realizarse por medio de:
a) Imán permanente
b) Yugo (electroimán)
c) Por puntas
d) Grapas o pinzas de contacto
e) Bobinas
f) Conductor central
g) Entre cabezales.
Es importante apuntar que las posibles discontinuidades sólo podrán ser detectadas
si son perpendiculares a las líneas de fuerza del campo magnético.
Atendiendo el tipo de, magnetización tenemos que los campos inducidos pueden
ser longitudinales o circulares. Asimismo la magnetización puede ser inducida
directa o indirectamente dependiendo de si la corriente eléctrica atraviesa la pieza
inspeccionada o si ésta es colocada dentro del campo generado por un conductor
adyacente.
Las siguientes figuras muestran algunos tipos de magnetización.
5-1
FIGURA 8.5
Magnetización con Yugo
H-20
CORRIENTE
CAMPO
FIGU RA
8.6.
Magnetizac'on por puntas
CAMPO
LONG;-, UOINAL
CORRIENTE
CORRIEN fE
FIGURA 8.7
Magnetización longitudinal en el campo
CORRIENTE EN
CONDUCTOR CENTRAL
CAMPO CIRCULAR
FIGURA 8.8
Magnetización- indirecta en el campo circular
FIGI;RA 8.9
Magnetización directa en campo circular (magnetización entre cabezales)
Las corrientes de magnetización empleadas son:
- Corriente alterna
- Corriente continua de onda completa
- Corriente continua rectificada de media onda
La selección del tipo de partículas, forma de aplicación y corrientes de
magnetización, dependen de la aplicación específica, ya que cada variante
representa ventajas y desventajas. Por ejemplo, la corriente alterna proporciona
una mayor densidad de flujo en la superficie y por lo tanto una mejor sensibilidad
para detectar discontinuidades superficiales pero es ineficiente para las
discontinuidades subsuperficiales. Por el contrario la corriente directa tiene una
mayor penetración de flujo en la pieza permitiendo detectar discontinuidades
subsupertciales. pero las piezas son difíciles de desmagnetizar. las fguras 8.10 t
8.11 muestran algunos equipos empleados para realizar pruebas p9r partículas
magnéticas.
FIGURA 8.10
FIGURA 8.11
VENTAJAS
- Requiere de un menor orado de limpieza
- Generalmente es más rápida y económica
- Puede revelar discontinuidades que no afloran a la superficie. (Subsuperficiales
hasta una profundidad de 1/8", 3.2 mm)
DESVENTAJAS
- Este método sólo es aplicable a materiales ferromagnéticos.
- No tiene gran capacidad de penetración
- Requiere de energía eléctrica.
- Sólo detecta discontinuidades de hasta 0.5 mm. de grosor.
- Sólo detecta discontinuidades que están perpendiculares al campo magnético.
- La manipulación de este equipo de campo puede ser cara y lenta.
8.4. ULTRASONIDO
Este método se emplea para detectar discontinuidades superficiales e internas por
medio de vibraciones mecánicas que se propagan en forma de ondas a través de las
partículas de un material; sus propiedades son similares a las del sonido audible
para el ser humano, pero tienen mayor frecuencia y es por esto que reciben el
nombre de ultrasonidos.
-t ^r?I1 í^mi1111?P lm íi. . (iT?fitrrn?rT í,r
Zo ^o N,
¡ULTRASCNIC^ S
Dfl ,euo1E 20 21O ..c`. .: ^5
"í,,JIIlll!!!II'(^^JI^^^^ ^jII^1IlllII^^^^I^^^I^IIIII liii Illl!íí!^hz KHL ^^ ^^^ `
Ñ ,/ ^.,^^,
^ _._L^ 1iu% lílU^l l1 t L11i w í i i ^- í^ ._ a _ ULi ár^ ^ ra L.i
10 100
"^3r
MHZ
FRECUENCIA
Escala logarítmica del espectro sonoro
La detección de las discontinuidades se basa en el grado de reflexión y refracción
que sufre un haz ultrasónico cuando pasa de un medio a otro. Este grado de
reflexión depende de la diferencia entre las resistencias de cada medio al paso de
ultrasonido ( impedancia acústica)
8.4.1. GENERACIÓN Y CARACTERÍSTICAS DEL ULTRASONIDO
El ultrasonido es generado por materiales llamados transductores, mismos que
transforman la energía eléctrica en energía mecánica y viceversa (efecto piezo
eléctrico).
Un transductor es un cristal polarizado que aumenta sus dimensiones cuando se le
aplica un pulso eléctrico, y cuando se le deja de aplicar, el cristal recupera sus
dimensiones originales. Cuando el transductor es conectado a un generador de
pulsos de alta frecuencia, las dimensiones del cristal aumentan y disminuyen
simultáneamente con los pulsos eléctricos, esto es, el cristal vibra a alta frecuencia
generando ultrasonido. Esto se conoce como efecto piezoeléctrico inverso.
También se produce este efecto en sentido opuesto (efecto piezoeléctrico directo):
las vibraciones de alta frecuencia (energía mecánica) recibidas por el transductor
son transformadas en pulsos eléctricos.
Las características principales del ultrasonido son las siguientes:
- Viaja a gran velocidad (en relación al desplazamiento del sonido en el aire) a
través de materiales sólidos,
- Se transmite a través de los sólidos en línea recta.
- Se atenúa ligeramente al desplazarse a través de los sólidos aproximadamente en
línea recta.
- Se atenúa ligeramente al desplazarse a través de los sólidos (su atenuación varía
proporcionalmente con su frecuencia) y se atenúa considerablemente en el aire.
8.4.2. ACOPLANTE
Debido a que el ultrasonido se atenúa severamente en el aire, y éste tiene un
impedancia acústica muy alta comparada con la de los materiales a inspeccionar
(acero por ejemplo), si se aplica un transductor a la superficie a inspeccionar, el
ultrasonido no se transmitirá al sólido sino que será reflejado completamente. Para
evitar este efecto, se aplica un líquido (normalmente aceite o glicerina) entre el
transductor v la superficie del material a inspeccionar, eliminando la barrera de aire
y permitiendo la propagación del sonido a través del sólido. Este líquido recibe el
nombre de acoplante.
8.4.3. INSPECCIONES POR MEDIO DE ULTRASONIDO
Los métodos más comúnmente empleados para realizar inspecciones por
ultrasonido son:
- Pulso-eco
- Transmisión
- Resonancia
- Inmersión
El más popular de éstos métodos es él de pulso-eco, que se describe a
continuación.
Una vez que el transductor se acopla a la superficie del material a ensayar. el
sonido viaja a través de éste hasta que encuentra un obstáculo, que puede ser la
superficie de la pared posterior de la pieza en inspección. El sonido se refleja
regresa al transductor, mismo que produce pulsos de voltaje cuando recibe la
energía del sonido. El impulso del voltaje es retroalimentado al sistema del equipo
y la señal correspondiente se muestra en un tubo de rayos catódicos.
En la pantalla del equipo de prueba (tubo de rayos catódicos) aparecen dos picos,
uno a la izquierda que se conoce como eco principal y corresponde a la reflexión
del ultrasonido al pasar del transductor a la pieza. El pico de la derecha o eco de
fondo corresponde a la superficie posterior de la pieza inspeccionada, misma que
refleja el haz de ultrasonido incidente. Este pico es menor debido a la atenuación.
Si existe una discontinuidad en la pieza en inspección. habrá una reflexión
intermedia. misma que se detecta como otro pico entre los ecos principal y de
fondo. La anchura y amplitud de este pico depende del tamaño y orientación de la
discontinuidad (superficie reflejante).
Las figuras 8.12 y 8. 13 ilustran con un ejemplo familiar el método de pulso-eco v
en la figura 8.14 se establece una analogía entre el efecto del eco producido por
una montaña y las señales que aparecerían en la pantalla del equipo.
La figura 1 5 representa un sistema de inspección por pulso-eco.
San,. .
r
FIGURA 8.12
I
1
1
FIGURA 8.13)
FIGURA 8.14
y
FiL50
ECO
FIGURA 8.15
Sistema de Inspección por Pulso-eco
Hay palpadores (transductores) que emiten haces rectos (perpendiculares a pieza
de trabajo), haces angulares - haces superficiales. La figura 8.16 ilustra palpadores
de haz recto y haz angular.
TRANSDUCTOR
ZAPATA DE
PLÁSTICO
VIAJE DEL
SONIDO
R0.N5000TQR
r7ELCf3270
R4NS0 C
PIEZA EN INSPECCION SOLDADURA
FIGURA 8.16
8.4.4. APLICACIONES. VENTAJAS Y LIMITACIONES DE LA INSPECCIÓN
POR ULTRASONIDO
- APLICACIONES
Con este método pueden inspeccionarse soldaduras en diferentes tipos de uniones y
configuración geométricas. materiales ferrosos v no ferrosos es espesores o
dimensiones que varían desde 1 mm. Hasta varios metros.
La figura 8.17 muestra algunas aplicaciones típicas de está técnica.
- LIMITACIONES
Este método está limitado por la geometría, estructura interna. espesor y acabado
superficial de los materiales sujetos a inspección. El personal debe ser adiestrado,
experimentado y calificado. Requiere de patrones de referencia generalmente no
proporciona un registro permanente.
- VENTAJAS
Sólo se necesita tener acceso por un lado del material a inspeccionar. Detecta
discontinuidades subsuperficiales muy pequeñas. Tiene alta capacidad de
penetración y los resultados de prueba son conocidos inmediatamente.
r
i
FIGURA 8.17
8.5. RADIOGRAFÍA INDUSTRIAL
Este método se emplea para detectar discontinuidades internas en uniones soldadas
y piezas forjadas o fundidas.
En términos generales, es un proceso similar a la fotografía, con la diferencia
principal que la radiografía emplea Rayos X o Rayos Gamma. cuya naturaleza es
similar a la luz visible pero de menor longitud de onda y mayor energía.
Los Rayos X se generan por dispositivos electrónicos y los Rayos Gamma por
fuentes radioactivas naturales o por isótopos radioactivos artificiales producidos
para fines específicos de radiografía industrial , tales como Iridio 192. Cobalto 60.
Cesio 137 y Tulio 170 (éstos dos últimos ya en desuso)
La disposición de la fuente de radiación , la parte a inspeccionar y la película
radiográfica se ilustra de manera sencilla en la figura 8.18.
Los cuerpos sólidos opacos a la luz visible permiten el paso de cierta cantidad de
radiación X o Gamma, absorbiendo otra parte. La cantidad de radiación absorbida
depende del espesor y de la densidad del material inspeccionado.
^, ruE'.rE
RAYOS x
PELICULA
FIGURA 8.18.
Así, si tenemos dos piezas del mismo espesor (2 cm. por ejemplo), una de plomo
una de aluminio, la de plomo por ser más densa, absorberá una mayor cantidad de
radiación y permitirá el paso de una menor cantidad en comparación con el
aluminio. Esta radiación ennegrece la película, que se asemeja al negativo de una
fotografía. Entre mayor sea la cantidad de radiación que atraviese el material e
incida en la película, más se ennegrecerá ésta, ver figura 8.19.
Para ser confiables, las radiografías necesitan cumplir con ciertos requisitos
(fijados por normas específicas), tales como densidad radiográfica y calidad de
imagen.
La densidad radiográfica de una película es el grado de "ennegrecimiento". es
decir, la cantidad de luz que permite pasar a través de ella. Para que una película
pueda interpretarse confiablemente debe tener una densidad de 2 a 4. Ver figura
8.20.
La expresión matemática de la densidad (D) es la siguiente:
D = log lo Ii/Ie
Donde li es la intensidad de la luz incidente en la película e le es la intensidad de la
luz emergente.
FUEVíE
RADIXION /•
n E - C J A
FIGURA 8.19.
La radiación absorbida por un material, varia en relación directa a su densidad,
provocando poco o mucho ennegrecimiento de la película radiográfica.
R AOIAC.CN
PL
OMO
l _-TJ
1
LiJ
C
1
P__CUL..
:ESCLRO
h1a5 CL^RC
FIGURA 8.20.
Efecto del espesor. Se puede observar que la parte más ennegrecida de la película
corresponde al menor espesor. (Pasa menos radiación mientras mayor sea el
espesor del material).
La calidad de la imagen se evalúa mediante un indicador de calidad de imagen
(ICI) o penetrametro.
Al realizar la inspección, el ICI se elige de manera que su espesor "t" represente
aproximadamente el 2% del espesor de la parte inspeccionada.
Los ICI tipo ASTM tienen tres barrenos de diámetros 1 , 2 y 4 veces su espesor, es
decir, lt, 2t, 4t . Esto significa que si en una película radiográfica se puede apreciar
el barreno 2t también podrán apreciarse discontinuidades de un espesor t
aproximadamente 2% del espesor de la pieza) y un área de diámetro aproximado 2t
(4% de espesor de la pieza). En resumen , decimos que tenemos una sensibilidad
2-2t.
En las figuras 8.21 y 8.22 se ilustran los ICI tipo AST'vl v la forma en que se
colocan durante la exposición de la pieza a la radiación.
8.5.1 VARIABLES QUE AFECTAN LA CALIDAD DE LA IMAGEN
El personal de radiografía debe conocer las variables más importantes que pudieran
afectar la calidad de la radiografía y la manera de modificarlas para mejorar el
procedimiento:
Geométricas
VARIABLES
De exposición.
4 _,I wrn
C
2_? diam
NUMERO OE
i0ENTIFiCSCcON
1
1
L- A _w
F
a) Diseño de ICI de 0.13 mm (0.005") a 1.27 mm (0.050") de espesor.
Dimensiones en mm (pulg.)
(3/8)
A = 9.5
(3/4)
B = 19.1
C = 31.8 (1 1/4)
D = 34.9 (1 3/8)
E=38.1 (11/2)
F = 57.2 (2 1/4)
G = 12.7 (1/2)
H=25.4 (1)
t = Espesor del ICI.
^iUniF ao CE _ : Iom
¡CE¡C. CICN __!dn7m
2-,ftl,Cm
-Y_
v
b) Diseño de ICI de 1.52 mm(0.060) a 4.10mm (0.160") de espesor.
1 3.5 11 1
L
-1 1
0.931 _--
c) Diseño de ICI mayores a 4.5 mm (0.180") de espesor.
FIGURA 8.21.
Indicadores de Calidad de Imagen (ICI tipo ASTM.
Notas de la Figura 8.21: (1) Las tolerancias entre el espesor del ICI y el diámet
del agujero debe ser +- 10% o un medio del incremento del espesor entre medid
de ICI, lo cual es más pequeño.
El ICI se emplea para verificar que en la radiografía se obtiene una sensitividad de
2%.
FIGURA 8.22.
Colocación de indicadores de calidad de imagen (ICI)
Notas de la Figura 8.22: El número 25 indica el espesor del ICI (0.64 mm ó
0.02") a usarse en acero con espesor de 32 mm . ( sensibilidad del 2%).
VARIABLES GEOMETRICAS:
PENUMBRA. Se le denomina así a la zona de la película en que los contornos de
la imagen no son del todo claros. Se presenta debido a una distancia
fuente - objeto relativamente corta, una distancia
Objeto - Película relativamente grande o un punto focal de gran tamaño . Figura
8.23.
11.
DvN -o —C-
FI ilQFCG-t
F--i
11
^F^ác.y r
PAoeE -A
FEL1CJL-1
FIGUkA 8.23.
Técnica para reducir la penumbra . Mantener la película tan cerca de la probeta
como sea Posible.
DISTORSION
Debe procurarse. siempre que sea posible. que el haz de radiación sea
perpendicular tanto al objeto como a la película, con la finalidad de evitar la
distorsión de la imagen. Figura 8.24
NORMAL D I S T O R S I O N A DA
FIGURA 8.24
FORMA DE LA PIEZA
Las discontinuidades pequeñas serán más fácilmente calificadas en piezas delgadas
o de formas poco complicadas.
En piezas gruesas o de formas complicada es factible que ocurra distorsión de la
imagen y dispersión del haz de radiación, entonces la placa radiográfica será más
difícil de interpretar.
VARIABLES DE EXPOSICIÓN
Es importante considerar las variables que se presentan en el momento de la
exposición radiográfica.
FUENTE DE RADIACIÓN
En la elección del tipo de fuente de radiación debe tomarse en cuenta (en orden de
importancia) el espesor y' tipo de material a radiografiar, el tiempo de exposición
que se requerirá y la dificultad que implicaría el manejo de la máquina de rayos X
o una fuente de rayos y. Debe tomarse en cuenta que, para una misma aplicación.
los rayos X proporcionan mayor calidad en la radiografía que los rayos y.
CANTIDAD DE RADIACIÓN
Debe tomarse en cuenta la actividad de la fuente y la distancia fuente-película más
recomendable .
En base a éstos dos factores se calcula el TIEMPO DE
EXPOSICION.
MATERIAL DEL OBJETO
En orden de importancia. debe tomarse en cuenta el espesor del objeto a
radiografiar antes que su densidad. Figura 8.20.
TIEMPO DE EXPOSICION
Las películas empleadas admiten cierta variación en el tiempo de exposición
(LATITUD) sin que se produzca un cambio notable en la calidad de la imagen.
Otras variables de menor importancia son:
Uso de pantallas intensificadoras y filtros para mejorar la calidad de la imagen. El
tipo de película (lenta. semilenta o rápida) también requiere atención: además, debe
tomarse en cuenta que el proceso de revelado es tan importante como el proceso
radiográfico para obtener una buena calidad en la imagen radiográfica.
Al calificar una radiografía debe localizarse la imagen del ICI y entonces evaluar la
calidad de la pieza radiografiada.
En la siguiente figura 8.25 se representan esquemáticamente cuatro técnicas de
inspección radiográfica en un tanque cilíndrico.
LIMITACIONES
La primera limitación es el espesor de la pieza. Se requiere tener acceso por dos
lados opuestos del objeto a inspeccionar; el personal debe estar adiestrado,
experimentado v calificado. Sólo registra discontinuidades mayores al 2% de
espesor del material inspeccionado. No indica la profundidad a la que se encuentra
la discontinuidad. Las partes de geometría compleja son difíciles de inspeccionar.
La operación del equipo representa riesgos de salud si no se observan las normas
de seguridad pertinentes.
VENTAJAS
Proporciona un registro permanente, por lo cual es el método más comúnmente
empleado.
FUENTE CE RADIACiON
COLIMADA
PIEL ICULA
TANQUE 0 TU80
1A 1
PELICULA
FUENTE DERADtACtON.^ "^\ TANQUE 0 TUBO
COL¡ MACA
i 81
FUENTE
PAN0RAMICA DE
R A DI ACION
FIGURA 8.25
Diferentes arreglos para la inspección radiográfica de un tanque cilíndrico
8.6. CORRIENTE PARÁSITAS
La inspección con corrientes parásitas ( Corrientes de Foucault ). se basa en el
principio de inducción electromagnética en un material conductor de electricidad.
Ver figura 8.26.
El equipo consiste de un generador de corriente alterna que emplea frecuencias
entre 1KHZ (1000 ciclos por segundo) y 2 MHZ (2 millones de ciclos por
segundo ). El generador se conecta a una bobina para producir un campo
magnético alterno si esta bobina se coloca sobre la pieza en inspección . en la pieza
se formará una corriente parásita ( corriente inducida circulante aislada mediante el
campo magnético de la bobina). La presencia de una discontinuidad en la
pieza inspeccionada , influye en la corriente parásita y esa influencia. se notará en
la señal de un tubo de rayos catódicos o un medidor de corriente.
Las discontinuidades detestables con este método de inspección son: grietas.
costuras, inclusiones. porosidad. socavado, falta de fusión, falta de penetración.
La bobina consiste de una serie de espiras de alambre de cobre. El diámetro, el
número de espiras de alambre y la longitud de la bobina determinarán la calidad
del equipo.
Según sea el tipo de inspección que se practique, la bobina puede ser de inspección
única o una bobina de excitación con un censor de efecto Hall. Ver figura 8.27.
Una de las ventajas de este método es que puede automatizarse para su utilización
en sistemas de soldadura continua ( como en una línea de tubos con costura
soldada).
VENTAJAS
1. Evalúa ( a veces ) y detecta discontinuidades superficiales y subsuperficiales en
cualquier conductor eléctrico (magnético o no magnético)
2. Puede automatizarse completamente a un bajo costo relativo.
3. Capaz de clasificar materiales de varias aleaciones de aluminio (204 de 6061.
etc).
4. Detecta grietas , costuras. inclusiones , picaduras y variaciones en el espesor de la
pared y la soldadura.
5. Puede usarse a temperaturas medias.
OSCILaOOR VOLTI1-1 ETRO
CORRIEN Tq
8081 NA
QVIMiENT0 DE
a-
L A 808 1 NA
FISURA
INSPECCION DE PL4NCIIA
FIGURA 8.26
Equipo de inspección por corrientes parásitas
osu1-DC0 1
VCLT'ME 1RO
VOLTIME TRO
C S_^ 11. AOOR
OSCILADOR
ETEC'T
HALL
-RODUCTO
INS PE=CN400
D
PROC 'NSP
PROQ INSP.
}
50 9 1 N A O E
-V \LTO-I\DLCT:\\CIA
RECEP:-0N
HI E,\IISIO\I-RECEPCIO\
FIGURA 8.27
809INA DE E % iTACTOM
C) R4EACCIOV' \IAOAÉTIC A
LIMITACIONES
1. Usualmente la bobina debe diseñarse especialmente para una pieza especifica.
2. La profundidad de inspección se limita a cerca de 6 mm; la profundidad de
penetración depende de la frecuencia elegida para producir el campo
electromagnético.
3. Se requiere bastante entrenamiento para ajustar y operar el equipo. El equipo es
muy sensitivo las diferencias de composición y estructura del metal, por lo que
puede dar falsas indicaciones o enmascarar pequeños defectos.
8.7. DETECCIÓN DE FUGAS
El objetivo de este método de END es el de verificar si una estructura (o
componente) presenta discontinuidades que atraviesen alguna de sus paredes.
Las técnicas específicas para detección de fugas son las siguientes:
PRUEBA DE BURBUJEO
Su objetivo es localizar fugas en un componente presurizado por aplicación de una
solución o por inmersión en un líquido. Un gas (generalmente aire) pasará a través
de las discontinuidades y producirá burbujas.
CAJA DE VACÍO
Se aplica en componentes que no pueden ser directamente presurizados. Al crearse
una presión diferencial, y por aplicación de una solución en una zona, se detectan
las fugas debido a la formación de burbujas.
DETECTOR CON DIODO DE HALÓGENO
Esta técnica emplea un ánodo que ioniza el vapor de halógeno y un cátodo que
colecta sus iones. Es una técnica semicuantitativa, es decir, se pueden calcular
aproximadamente las dimensiones de la zona de fuga v su localización.
ESPECTROMETRO DE MASAS DE HELIO
SONDA DETECTORA. Se emplea para detectar trazas de helio de componentes
presurizados . Por su gran sensitividad detecta el flujo de helio en una zona con un
diferencial de presión.
ESPECTROMETRO DE MASAS DE HELIO
SONDA TRAZADORA. Tiene la versatilidad de medir o solamente detectar
trazas de helio en zonas con diferencial de presión , y localizar la zona de fuga.
Puede ser una técnica cuantitativa si se toman las consideraciones necesarias.
PRUEBA DE CAMBIO DE PRESIÓN
Se emplea para determinar la rapidez de fuga en los contornos de un componente
cerrado mediante una presión específica o un vacío.
Es importante que la detección de fugas se realice antes de una prueba hidrostática
o hidroneumática por razones de seguridad.
CENTRO DL DESARROLLO
PROFESIONAL
CAPITULO IX
PARA ESTE CAPITULO SE PROPORCIONA INFORMACIÓN
ADICIONAL EN LOS SIGUIENTES DOCUMENTOS DE AWS:
ANSI / AWS A2.4-93 SÍMBOLOS NORMALIZADOS PARA SOLDEO,
SOLDEO FUERTE Y EXAMEN NO
DESTRUCTIVO
ANSI / AWS A3.0-94 STANDARD WELDING TERMS AND
DEFINITIONS
CAPITULO X
PAGINA
10.1
INTRODUCCIÓN
J-2
REQUISITOS PARA LOS MATERIALES
J-2
10.2.1 ESPECIFICACIONES TÉCNICAS
J-2
10.2.2 NORMAS DE MATERIALES
J-3
10.2.2.1 MATERIALES BASE
J-3
10.2.2.2
J-5
10.2
10.3
1VIATERIALES DE APORTE
RESPONSABILIDADES
J-6
10.3.1
INGENIERO DE DISEÑO
J-7
10.
INGENIERO EN SOLDADURA
J-7
10.3.3
DEPARTAMENTO DE COMPRAS
J-7
10.3.4
INSPECTOR DE SOLDADURA
J-7
10.4
INSPECCIÓN DURANTE RECEPCIÓN
J-8
10.5
INSPECCIÓN EN FÁBRICA
J-9
10.6
CONTROL DE MATERIALES DE APORTE
J-9
CONTROL DE MATERIALES
10.1 INTRODUCCIÓN
El inspector de soldadura debe conocer los programas establecidos para asegurar
que se usan los materiales especificados para una soldadura en particular. Este
capítulo presenta un panorama general de algunos programas que son usados en
el taller o campo para asegurar el uso correcto de los materiales base, materiales
de aporte y gases. Sin embargo, no todos los controles descritos en este capítulo
son utilizados en todas las aplicaciones de soldadura que requieren inspección.
Por lo tanto, se hace hincapié en que es responsabilidad del inspector de
soldadura seleccionar las especificaciones técnicas, procedimientos,
instrucciones, manuales de control de calidad, códigos y normas para el trabajo
que se efectúa y de esta forma determinar las verificaciones que deban realizarse.
10.2 REQUISITOS PARA LOS MATERIALES
10.2.1 ESPECIFICACIONES TÉCNICAS
Las especificaciones técnicas deben satisfacer los requisitos del código utilizados
en la fabricación de un artículo; sin embargo, a menudo se incluyen requisitos
adicionales establecidos por el cliente. Las especificaciones técnicas que regulan
los artículos a ser soldados, indican a menudo los materiales base que deben ser
utilizados. Los requisitos de los materiales, tales como: composición química,
dimensiones y condiciones de superficie, están descritas en las especificaciones
técnicas o están incluidas en las normas de referencia. Para metales base, se debe
determinar la siguiente información a partir de las especificaciones técnicas:
1) Código aplicable
2) Normas de materiales
3) Requisitos adicionales que complementen las normas de los materiales
4) Si no se especifican el código ni las normas, los requisitos son establecidos
por las especificaciones técnicas
El inspector notará que hay interacción entre códigos, normas de materiales y los
requisitos de las especificaciones técnicas. Es la responsabilidad del inspector
saber cuáles son los requisitos para los metales base como se establece en las
especificaciones técnicas y los documentos de referencia.
Las especificaciones técnicas de los artículos que van a ser soldados, pueden o
no contener los requisitos de los materiales de aporte que van a ser utilizados. El
inspector debe revisar el procedimiento de soldadura, que a su vez tendrá el tipo
y clasificación de los materiales de aporte; la especificación técnica puede
contener requisitos adicionales que complementan la especificación de los
materiales de aporte. Por lo tanto, es importante revisar la especificación técnica
para verificar si existe algún requisito que pueda modificar la especificación del
electrodo o material de aporte. En lo referente a los materiales de aporte, se debe
determinar la siguiente información:
1) Código aplicable
2) Especificación del metal de aporte
3) Requisitos adicionales que complementen la especificación del material de
aporte
4) Procedimientos de soldadura utilizados
5) Los requisitos establecidos en las especificaciones técnicas ; si no se
especifican, el código o norma aplicable.
En lo relativo a los metales base, existen interacciones entre códigos,
especificaciones de materiales de aporte y las especificaciones técnicas. Es
responsabilidad del inspector de soldadura saber cuales son los requisitos de los
materiales de aporte implicados en la especificación técnica y los documentos de
referencia.
10.2.2 NORMAS DE MATERIALES
10.2.2.1 MATERIALES BASE
Como se estableció anteriormente, las especificaciones técnicas pueden contener
en calidad de referencia, las especificaciones de los materiales base. Las
especificaciones de estos materiales probablemente caerán en las siguientes
categorías:
1) Especificaciones ASTM ( Sociedad Americana para Pruebas y Materiales)
2) Código para Calderas y recipientes a Presión ASN1L (Sociedad Americana de
Ingenieros Mecánicos ) Sección II, Partes A y B
3) Especificaciones técnicas del cliente
Las especificaciones técnicas contendrán la siguiente inti)rmación:
1) Alcance
2) Requisitos
generales
3) Información
4) Proceso
5) Fabricación
6) Tratamiento
Breve descripción del tipo y configuración del material
Establece que un material fabricado bajo una especificación
en particular, puede designarse como tal.
Indica la información requerida cuando se elabora una
orden de compra
Indica qué tipo de procesos de fabricación pueden ser
utilizados.
Indica el tipo de procedimiento de fabricación.
Indica el tratamiento térmico (si es aplicable), su tipo y
temperatura.
7) Condiciones de Indica qué tipo de proceso es usado para preparar el
térmico
las superficies
8) Análisis
químico
9) Análisis de
colada
10)Análisis del
producto
11) Ensayo de
tensión
12) Ensayo de
dureza
13) Ensayos
mecánicos
requeridos
acabado superficial.
Indica el rango de composición (valores mínimos y
14) Variaciones
permisibles en
Dim. y masa.
15) Acabado
Establece las desviaciones aceptables en dimensiones
masa.
16) Marcado
máximos)
Indica el análisis químico del metal base en su estado
líquido.
Indica los requisitos de análisis químico del metal base en
su forma terminada.
Indica las propiedades de resistencia a la tensión, punto de
cedencia y porcentaje de elongación.
Establece el rango de dureza que es aceptable y el método
para determinar tales valores.
Establece los ensayos mecánicos requeridos.
Define las condiciones de acabado final.
Describe el tipo y grado de marcado requerido.
y
Posiblemente , no todos los puntos especificados anteriormente se encuentren
especificados y pudieran haber requisitos adicionales en los materiales. Por lo
tanto , es importante que el inspector esté familiarizado con las especificaciones
del metal base.
10.1.2.2 MATERIALES DE APORTE
Las especificaciones de los materiales de aporte probablemente estén dentro de
las siguientes categorías:
1) Especificaciones para Materiales de Aporte AWS (Sociedad Americana de
Soldadura).
2) Código ASME para Calderas y recipientes a Presión Sección II, Parte C:
Materiales de Aporte y Especificaciones de Electrodos.
3) Especificaciones de materiales del fabricante.
Las especificaciones citadas anteriormente , contienen a su vez:
1) Alcance. Establece los requisitos de clasificación de los
materiales de aporte. A veces, indica el o los procesos
para los que dichos materiales están destinados.
2) Clasificación y Establece las bases sobre las cuales el material es
aceptación clasificado y los medios y criterios para decidir su
aceptación.
Para la clasificación y aceptación , son considerados los siguientes aspectos:
2.1 Clasificación
2.2 Aceptación
2.3 Límites de composición química
2.4 Requisitos con respecto a las pruebas mecánicas , de capacidad de uso v
sanidad.
2.5 Prueba de sanidad.
2.6 Prueba de tensión del metal depositado.
2.7 Prueba de impacto.
2.8 Prueba de soldadura de filete.
2.9 Repetición de ensayos.
3) Fabricación. Establece los métodos que pueden ser empleados para
producir los materiales.
Se consideran los siguientes aspectos:
3.1 Núcleo y recubrimiento. Establece las dimensiones del núcleo y
recubrimiento.
3.2 Área expuesta del núcleo. Dimensiones del recubrimiento.
3.3 Tamaño y longitud normalizados. Establece el tamaño y longitud del
electrodo.
3.4 Empaque. Establece los requisitos del empaque.
3.5 Marcado. Establece el proceso de identificación del recipiente utilizado
para el empaque.
3.6 Identificación del electrodo. Establece lo que necesita ser indicado en el
electrodo.
3.7 Certificación. Indica las responsabilidades que el fabricante tiene con su
producto.
4) Detalles de prueba. Establece la forma en que las pruebas deben de ser
efectuadas.
No todos los puntos arriba mencionados están siempre especificados; así mismo,
puede haber adiciones en las especificaciones del material. Por lo tanto, es
importante que el inspector esté familiarizado con las especificaciones de los
materiales de aporte.
10.2 RESPONSABILIDADES
El inspector notará que sus actividades lo pondrán en contacto con diseñadores,
ingenieros en soldadura y personal de apoyo. Por lo tanto, es importante que
aquél entienda las responsabilidades de éstos. Debemos recordar que el
fundamento del control de materiales está basado en las especificaciones técnicas
y las especificaciones de referencia.
Es la responsabilidad del ingeniero especificar los materiales correctos, pero es
la responsabilidad del inspector asegurarse que son utilizados los materiales
correctos. Las responsabilidades del siguiente personal son descritas usualmente
en los programas de aseguramiento de calidad.
10.2.1 INGENIERO DE DISEÑO
El ingeniero de diseño debe preparar las especificaciones técnicas del trabajo,
basado en los códigos y normas, los requisitos del cliente y los internos de
fabricación. Es su responsabilidad incorporar en las especificaciones técnicas
todos los requisitos del metal base y los materiales de aporte.
El ingeniero de diseño debe revisar los códigos, normas y requisitos del cliente y
procedimientos internos de manufactura para asegurarse de que éstos sean
cumplidos. Debe poner en evidencia que, en la mayoría de los casos, los
requisitos para metales base y los materiales de aporte, son incluidos en las
especificaciones técnicas, en los procedimientos de soldadura o en ambos.
10.2.2 INGENIERO EN SOLDADURA
Éste proporciona los requisitos técnicos de los materiales de aporte al
departamento de compras para que sean incluidos en la orden de compra. Estos
requisitos técnicos deben de estar acordes con las especificaciones técnicas y la
de los materiales enumeradas en el procedimiento de soldadura.
10.2.3 DEPARTAMENTO DE COMPRAS
Este prepara la orden de compra basado en la requisición correspondiente. Como
se indicó anteriormente, no todos los requisitos de los materiales están incluidos
en las especificaciones técnicas, en cuyo caso se debe de recurrir a los códigos,
normas o especificaciones del material que aparecen como referencia en las
especificaciones técnicas.
J-7
10.2.4 INSPECTOR DE SOLDADURA
Es responsabilidad del inspector de soldadura , verificar que el material
especificado es utilizado en la soldadura . En la mayoría de los casos , no será
posible comprobar las ordenes de material que son recibidas o usadas en
producción ; por lo tanto , debe de hacerse una comprobación periódica. Para
efectuar estas revisiones con mayor facilidad, el inspector debe conocer los
requisitos impuestos al material por la especificación técnica. Se debe verificar
que la orden de compra incluya todos los requisitos del material como se indica
en la especificación técnica. Este es uno de los aspectos más importantes para
asegurar que se está utilizando el material de aporte adecuado en una soldadura.
El fabricante del material solo está comprometido a cumplir con lo especificado
en la orden de compra . Por lo tanto, si no se indican todos los requisitos, el
material puede no ser el correcto.
Cuando el material es recibido , éste debe de ser identificado . Esta identificación
debe ser mantenida hasta el momento en que el material se emplea. La
identificación debe de ser establecida por las normas AWS correspondientes. Así
mismo , debe incluirse el número de lote o colada. Si todo el material utilizado en
el trabajo es de un solo tipo , entonces el control de materiales se reducirá a la
verificación del material de llegada y de que no se reciba ningún otro material.
El inspector de soldadura debe revisar la especificación técnica , los códigos de
referencia y verificar que la orden de compra refleje todos los requisitos. Esta
orden de compra es usualmente el documento utilizado para verificar que el
material y la documentación recibida sean los correctos.
10.3 INSPECCION DURANTE RECEPCIÓN
Al recibir el material, la responsabilidad de inspeccionarlo y la documentación
puede recaer en el ingeniero de diseño , del inspector, del ingeniero en soldadura
o del personal de compras . Eso dependerá del programa de aseguramiento de la
calidad o del manual de control de calidad.
Durante la recepción, se verifica que el material que fue ordenado sea el material
recibido. Después de que el material sea aceptado, se establece algún sistema de
control, que puede consistir en:
1) Código de colores. A cada tipo de material con las mismas propiedades, le
debe ser asignado un color. Este color debe ser pintado en cada pieza; si esta
pieza es a su vez seccionada, cada sección debe de ser pintada. La
identificación puede ser solo una pequeña mancha o línea en la superficie.
2) Cada material puede ser identificado con el número de especificación del
material o con el número de lote o de colada.
3) Separación del material. En este caso, el material puede ser separado en
grupos del mismo tipo. Esto puede ser adecuado para fábricas que estén
trabajando con uno o dos diferentes tipos de materiales.
10.4 INSPECCION EN FABRICA
Este tipo de inspección puede ser el último escalón en el control de materiales.
Conforme el material es cortado para su uso, es importante que tenga el mismo
control que aquél que está siendo utilizado. El asegurarse que esto es cumplido.
está basado en los programas establecidos para transferir la identificación de una
pieza a las secciones que están siendo cortadas de ella. Los procedimientos para
esta operación son generalmente descritos en los programas de aseguramiento de
la calidad o manuales de control de calidad. Por lo tanto, es importante que el
inspector de soldadura revise todos los procedimientos que pertenezcan a
actividades de control de materiales.
10.5 CONTROL DE MATERIALES DE APORTE
El ingeniero de soldadura es quien generalmente elabora las requisiciones de los
materiales de aporte. La información de las ordenes de compra generalmente
incluyen los requisitos de las especificaciones técnicas, las normas y códigos
aplicables y los procedimientos de soldadura. Los siguientes puntos son
generalmente incluidos en las requisiciones de materiales y en las ordenes de
compra:
1) Especificación y clasificación del material de aporte o especificación del
fabricante. Ejemplo: ASME SFA 5.1, E 7018 ó AWS A5.1, E 7018.
2) Tamaño y cantidad.
3) Necesidades de empaques especiales.
4) Identificación o marcaje especial.
5) Documentación requerida por la especificación aplicable del material de
aporte.
6) Requisitos especiales del cliente, tales como: contenido de ferrita, análisis
químico o propiedades mecánicas.
Los materiales de soldadura y los fundentes deben de ser claramente
identificados por marcas legibles en el empaque o recipiente para asegurar su
reconocimiento adecuado. El marcaje generalmente incluye el número de
especificación, número de clasificación, número de colada, número de lote o un
código de marcaje que identifique los materiales con el reporte de pruebas del
fabricante, certificado de calidad y marca.
Durante la recepción del material de aporte, éste es generalmente inspeccionado
por el ingeniero de soldadura o por el inspector de soldadura para asegurarse de
que haya sido adecuadamente empacado , marcado , identificado y esté libre de
daños. La documentación especificada en la requisición del material debe de
acompañarlo . Después de la aceptación por el ingeniero o por el inspector, será
transferido al almacén . Estas áreas deben de estar cerradas , limpias y secas,
además de contar con hornos y secadores fijos y portátiles.
Los materiales de aporte son generalmente identificados con el número de
clasificación o tipo.
Puede utilizarse un código de colores para la rápida identificación de los
materiales base.
Es la responsabilidad del inspector de soldadura verificar que se cumplan los
programas establecidos para el control de los materiales.
crr/rR O or nrsJR R OL L O
PROPrSION iL
CAPITULO NI PAGINx
INTRODU C'C'IÓN
K
INSPECCIÓN ANTES DE LA SOLDADURA
K-3
1
K -4
11.1
11
PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA
1 1 1? MATERIALES
i
11.2
13
PREPARACIÓN DE LA UNION
K- 4
K-4
1 1 1 4 EQU IPO DE SOLDADURA
K- 4
111
1.5 PRECALENTAMIENTO
K_4
1
:_6 CALIFICACIÓN DEL SOLDADOR
K-5
INSPECCIÓN DE LA SOLDADURA EN
PROCESO
1 1 , 1 TÉCNICA DE SOLDADURA
11
2 GAS DE PROTECCIÓN
11
3 LIMPIEZA ENTRE CORDONES
K-5
-- 5
K-5
1 1 14 TEMPERATURA DE PRECALENTAMIENTO
Y ENTRE CORDONES
11.3
K--6
11
5 VARIABLES DE SOLDADURA
K-6
11
6 REPARACIÓN DE SOLDADURA
K-6
INSPECCIÓN FINAL
K_6
1 1 3 1 POSTCALENTAMIENTO Y TRETAMIENTO
TÉRMICO POSTERIOR A LA SOLDADURA
K-6
CAPITULO XI
11. LIMPIEZA
1 1.= INSPECCION VISUAL
1 1.3.4 ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS
1 1.3.E IDENTIFICACION DE LA SOLDADURA
11.4
DOCUMENTACION DE SOLDADURA
1 1.4.1 REGISTRO DE CALIFICACIÓN
1 1.4.2 REPORTE DE INSPECCION
1 1.-.3 REPORTE DE ENSAYOS NO
DESTRUCTIVOS
INSPECCION DE SOLDADURAS
INTRODUCCIÓN
En este capítulo se analizan las actividades más importantes que debe realizar un
inspector de soldadura; para asegurar que la soldadura pase la inspección, que
cumpla con el procedimiento y los requisitos del código aplicable. Para esto, hav
que observar los puntos siguientes:
1) Antes de soldar. Inspeccionar: Metal base, preparación de la unión,
precalentamiento y alineamiento.
2) Verificar que el procedimiento de soldadura es aceptado por la especificación
aprobada y que el soldador u operador de máquina esté calificado para realizar
una unión soldada específica.
3) Inspeccionar la soldadura en proceso para que ésta cumpla con la
especificación y el procedimiento de soldadura.
4) Verificar la soldadura final.
5) Verificar y, en caso necesario, efectuar exámenes no destructivos.
6) Verificar o testificar los exámenes destructivos.
7) Revisar los registros de calificación; realizar y aceptar los resultados de los
ensayos y preparar el reporte de inspección.
Todos los capítulos anteriores proporcionan el respaldo técnico al inspector. Para
efectuar la inspección de soldadura y poder obtener un alto nivel de calidad en
productos terminados, de acuerdo a los documentos que apliquen.
Como inspector de soldadura se tiene la responsabilidad de consultar las
especificaciones técnicas, procedimientos y el manual de control de calidad o
aseguramiento de la calidad para la aplicación específica.
A continuación se describen brevemente cada uno de los pasos a seguir para llevar
a cabo la inspección adecuada.
11.1 INSPECCION ANTES DE LA SOLDADURA
Es necesaria. ya que si las condiciones de soldadura no cumplen con los
requisitos , se pueden hacer correcciones para evitar problemas al terminar la
K -3
operación de soldadura, dando como resultado un considerable ahorro en costos
tiempos consumidos por reparación o rechazo del producto.
11.1.1 PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA
Es responsabilidad del inspector de soldadura verificar que el procedimiento a
usar esté completo, calificado y aprobado para la unión soldada específica por el
ingeniero o departamento responsable.
11.1.? MATERIALES
Para asegurarse que la soldadura es sana y que cumple con los requisitos de
resistencia, el inspector de soldadura debe de verificar que el metal base, los
metales de aporte y los gases a utilizar estén identificados apropiadamente de
acuerdo con los requisitos de la especificación del material.
11.1.3 PREPARACIÓN DE LA UNIÓN
El inspector de soldadura debe inspeccionar la preparación de la unión soldada y
verificar que ésta cumpla con algunos requisitos, como: los ángulos, dimensiones
y alineamiento de los miembros: revisar la limpieza del metal base, lo cual
incluye humedad, contaminantes y productos de corrosión.
Los puntos anteriores se deben revisar antes de aplicar la soldadura y verificar
que son los adecuados. Esto ayudará a evitar la distorsión durante la soldadura y
el agrietamiento.
1 1.1.4 EQUIPO DE SOLDADURA
El inspector de soldadura debe revisar periódicamente que el equipo a utilizar
esté en condiciones adecuadas de trabajo y sus parámetros sean los correctos.
11.1.5 PRECALENTAMIENTO
El inspector de soldadura debe verificar que el precalentamiento mínimo
necesario sea alcanzado; para ello debe medir la temperatura del metal base en la
zona adyacente a la junta, lo cual se efectúa con instrumentos tales como: lápiz
térmico, pirómetros de contacto u otros.
11.1.6 CALIFICACION DEL SOLDADOR
El inspector de soldadura debe verificar que el soldador esté calificado para
hacer una soldadura específica. Las variables que debe revisar incluyen: proceso
de soldadura, espesor del metal base, material de aporte y posición de la
soldadura.
11.2 INSPECCION DE LA SOLDADURA EN PROCESO
Los mismos argumentos que se aplican para la inspección antes de la soldadura,
deben aplicarse para la inspección durante el proceso; de esta manera, el
inspector de soldadura asegura que el producto final cumple con las
especificaciones aplicables.
11.2.1 TÉCNICA DE SOLDADURA
El inspector de soldadura debe verificar que la técnica por varios pasos cumple
con la especificación y procedimiento requerido. Esto incluye el observar el
ancho y espesor en cada paso; también debe revisar que se siga la secuencia de
soldadura para evitar distorsión, esfuerzos excesivos o agrietamiento.
1 1.2.2 GAS DE PROTECCIÓN
El inspector normalmente debe verificar el tipo o mezcla de gas de protección y
además revisar que el flujo y la cantidad del mismo cumpla con lo especificado
en el procedimiento.
11.2.3 LIMPIEZA ENTRE CORDONES
El inspector debe verificar que la limpieza entre los pasos de soldadura cumpla
con los requisitos de la especificación.
11.2.4 TEMPERATURA DE PRECALENTAMIENTO Y ENTRE CORDONES
El inspector debe verificar y registrar, cuando sea necesario, que el
precalentamiento mínimo requerido se mantenga durante toda la operación de
soldadura. Esto es necesario para evitar micro fisuras, así como agrietamiento en
frío o bajo el cordón. También debe revisarse que no se exceda la temperatura
máxima entre cordones para asegurar que se mantengan las propiedades
mecánicas del material. Para aceros inoxidables austeníticos, se debe especificar
temperatura máxima entre cordones para minimizar o evitar la sensitización que
provoca fallas en servicio por corrosión intergranular o agrietamiento debido a la
corrosión por esfuerzos localizados.
11.2.5 VARIABLES DE SOLDADURA
Se debe verificar que las variables de soldadura tales como: voltaje, amperaje y
velocidad de avance estén conforme al procedimiento. Para soldadura manual y
semiautomática, el voltaje es en función de la longitud de arco, por lo tanto, no
necesita medirse; el amperaje es medido con un amperímetro de pinza portátil
cerca del electrodo.
11.2.6 REPARACION DE SOLDADURA
Usualmente el inspector está involucrado en reparaciones que incluyen el metal
base y los defectos de la soldadura. Además, debe comprobar que el defecto sea
removido y que la reparación se efectúe correctamente para asegurar la sanidad
de la soldadura.
11.3 INSPECCION FINAL
11.3.1 POSTCALENTAMIENTO Y TRATAMIENTO TÉRMICO
POSTERIOR A LA SOLDADURA
En algunas aplicaciones, el procedimiento o técnica de soldadura especificada
requiere que la temperatura mínima de calentamiento se mantenga por un cierto
tiempo después de soldar. Esto por varias razones, que pueden ser: que el'
hidrógeno salga de la soldadura por un proceso de difusión con el fin de evitar
las grietas en frío y bajo el cordón, para eludir el templado de la pieza o prevenir
deformaciones por contracción sin control.
Al realizar algún tratamiento térmico, el inspector debe verificar que se realice
de acuerdo al documento aplicable y atestiguar el desarrollo de éste a la
soldadura revisando los registros de tiempo y temperatura que deben contener
todos los datos del tratamiento térmico efectuado.
11.3.2 LIMPIEZA
Se debe verificar que la soldadura sea limpiada de manera adecuada para realizar
la inspección final y poder efectuar los ensayos no destructivos requeridos. Se
debe tener cuidado de no solicitar un esmerilado excesivo, ya que esto consume
tiempo y dinero.
11.3.3 INSPECCION VISUAL
Se debe de realizar la inspección a la soldadura para comprobar que está de
acuerdo con el tamaño, longitud y localización especificada en el dibujo. Para
soldadura de filete, se hace la inspección tomando las medidas de las piernas y la
garganta y la longitud y distancia entre las soldaduras de filete, cuando sean
intermitentes. Adicionalmente, debe de inspeccionarse el refuerzo, la concavidad
y acabado superficial conforme a la especificación y al procedimiento, y también
se buscarán discontinuidades.
Al realizarse la inspección, se pueden buscar condiciones especiales, como:
oxidación, decoloración o corrosión en ciertos materiales que pueden ser
indicativos de problemas de soldadura.
11.3.4 ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS
El inspector o el contratista, basados en las normas, pueden solicitar cualquiera
de los ensayos no destructivos, en cuyo caso es responsabilidad del inspector
revisar la calificación y certificación del personal que va a efectuar la inspección,
supervisar la realización de la inspección no destructiva, revisar los resultados e
indicar si la soldadura es aceptada o rechazada.
1 1.3.5 ENSAYOS DESTRUCTIVOS
El inspector debe de solicitar los ensayos destructivos que se requieran. Cuando
estos exámenes sean realizados por contratistas, el inspector deberá ser testigo de
la ejecución del ensayo, revisar y aprobar los resultados.
11.3.6 IDENTIFICACION DE LA SOLDADURA
Cuando el documento aplicable lo requiera, el inspector debe de verificar que
cada soldador y operador de máquina soldadora ponga su clave de identificación
en la soldadura, para identificarla en los registros. De esta manera, el inspector
mantendrá un registro del estado de su inspección en un área de la soldadura; el
marcaje debe efectuarse cuidando de utilizar objetos que no contaminen el
material.
El inspector deberá desarrollar su inspección de forma que no cause demoras en
la construcción o fabricación, así como de notificar al supervisor, si es necesario,
alguna reparación.
11.4 DOCUMENTACIÓN DE SOLDADURA
Como inspector de soldadura, es importante documentar las inspecciones que se
han llevado a cabo y preparar el reporte de una manera clara y concisa. Si la
soldadura es cuestionable tiempo después, en el reporte se comprueba si es
aceptada o rechazada.
11.4.1 REGISTRO DE CALIFICACIÓN
El inspector de soldadura debe de tener a disposición los registros de los ensayos
para la calificación del procedimiento de soldadura, soldadores y operadores de
máquina soldadora, de acuerdo con el código y con algún otro requisito en la
especificación técnica. En forma adicional, se deben revisar las calificaciones de
soldadura periódicamente para asegurarse que los soldadores y operadores de
máquinas soldadoras estén utilizando el procedimiento adecuado con el cual
fueron calificados, y si está vigente dicha calificación.
1 1.4.2 REPORTE DE INSPECCIÓN
El inspector documenta las inspecciones que ha ejecutado en un reporte; este
reporte puede ser un documento formal con espacios para identificar la soldadura
inspeccionada, por número de dibujo, de pieza o de soldadura, resultados de la
inspección, símbolo o nombre del inspector y fecha de inspección.
Alternativamente puede documentar sus inspecciones en un reporte diario.
11.4.3 REPORTES DE ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS
El inspector también debe de revisar los reportes de ensayos no destructivos, de
prueba, y otros reportes preparados para la inspección. En este caso, se debe de
verificar que todos ellos estén identificados, que el procedimiento utilizado sea el
correcto y que los resultados asentados en el reporte sean aceptables.
1.- ¿Qué es la soldabilidad?
2.- ¿Qué es una aleación?
3.- Menciona algunos elementos de aleación.
4.- Como se clasifican los aceros al carbono.
5.- En el proceso SMAW mencione algunos de los aspectos que debe de controlar el
Soldador.
6.- ¿Que es un numero "P" ?
7.- ¿Que es un numero "F" ?
8.- ¿Que es un código o norma?
9.- ¿Que es una especificación?
10.-¿Que es una variable esencial de procedimiento ?
1 1.-Menciona algunos ensayos no destructivos que son utilizados en la inspección de
Soldadura.
12.-Para que un acero sea considerado como inoxidable cual es porcentaje mínimo de
Cromo que debe de contener en su composición química.
13.-Menciona alguna de las ventajas de utilizar el gas argon y no el helio o un a mezcla
de ambos en la utilización de el proceso GTAW.
14.-En la posición 3G la soldadura debe realizarse de que forma?
15.-Si un soldador realiza una prueba y soldea un espesor de 8.5 mm utilizando un solo
proceso (SMAW), de acuerdo a asure IX ¿cual es el máximo espesor k podrá soldar este
soldador?
16.-Escribe la formula para convertir los grados centígrados a Fahrenheit y viceversa.
17.-Explica lo k nos indica cada uno de los números y letras siguientes; E7018.
1 8.-Cual es la finalidad de realizar un tratamiento térmico post-soldadura.
19.-Menciona algunos de los defectos mas comunes que se presentan al realizar una
soldadura.
20.-¿Para que sirve la inspección con líquidos penetrantes ?
1.- Es la capacidad de los metales para ser soldados.
2.- Es la mezcla de un metal base presente en mayor proporción con otros elementos
metálicos y no metálicos que influyen en determinadas propiedades (dureza, resistencia
a la corrosión etc.).
3.- Azufre, fósforo, silicio. manganeso, cromo, carbono, molibdeno, níquel, aluminio.
4.-Alto carbono (0.50 hasta 1.3 %C).
Medio carbono (de 0.30 a 0.50 %C
Bajo carbono (hasta 0.30 %C).
5.- Longitud de arco.
Angulo del electrodo.
Velocidad de avance.
Ajusté de corriente.
6.- Es un número que se da para clasificar a todos los materiales base.
7.- Es un número que se da para clasificar los materiales de aporte.
8.- Son documentos que rigen y regulan las actividades industriales.
9.- Es un documento k describe clara y concisamente los requisitos esenciales y técnicos
para un material producto o sistema.
10.- Es la condición de soldadura que al cambiar afecta y provoca variaciones en las
propiedades mecánicas de la unión soldada.
11.- Inspección visual, líquidos penetrantes, radiografía, partículas magnéticas.
ultrasonido.
12.- 12 % de cromo.
13.--Promueve la estabilidad del arco.
-Se utiliza un menor voltaje a cualquier corriente y longitud de arco.
-Tiene una mejor acción limpiadora en la soldadura de materiales como aluminio y
-Magnesio.
-Con menores flujos se obtiene mejor protección.
-Es más fácil iniciar el arco.
14.- Vertical ascendente.
15.- El espesor para el cual estará calificado será el doble que el de su probeta de prueba
por cada uno de los procesos utilizados.
16.- - t °c = (T°f 32 )/l.8 °c a °f .
f°f = ( 1.8 * t °c) + 32
°
f
a °c
17.- E - Electrodo.
70 - Resistencia a la tensión 70,000 Lb/in2.
1 - Posiciones (todas).
8 - Composición química del electrodo.
18.- Se realiza con la finalidad de reducir los esfuerzos (tensiones) y la dureza en una
junta soldada.
19.- Porosidades, grietas, inclusiones, faltas de penetración, falta de fusión, penetración
excesiva, quemadas, socavado, refuerzo excesivo, traslapes.
20.- El uso de líquidos penetrantes nos permite detectar defectos en la superficie de
materiales ferrosos y no ferrosos y los defectos mas comunes son fisuras, poros,
traslapes, laminaciones, contracciones.